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集成电路封装与测试

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集成电路芯片封装:是指利用膜技术及微细加工技术,将芯片及其他要素在框架或基板上布置,粘贴,固定及连接,引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定构成整体立体结构的工艺

封装工程:将封装体与基板连接固定装配成完整的系统或电子设备,并确保整个的综合性能的工程(合起来就是广义的封装概念)

芯片封装实现的功能:①传递电能,主要是指电源电压的分配和导通②传递电路信号,主要是将电信号的延迟尽可能的减小,在布线时应尽可能使信号线与芯片的互联路径及通过封装的I/O接口引出的路径最短③提供散热途径,主要是指各种芯片封装都要考虑元器件部件长期工作时,如何将聚集的热量散出的问题④结构保护与支持,主要是指芯片封装可为芯片和其他连接部件提供牢固可靠的机械支撑

封装工程的技术层次 ①第一层次,该层次又称为芯片层次的封装,是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺 ②第二层次,将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电路卡的工艺

③第三层次,将数个第二层次完成的封装,组装成的电路卡组合在一个主电路板上,使之成为一个部件或子系统的工艺

④第四层次,将数个子系统组装成一个完整电子产品的工艺过程

芯片封装的分类:按照封装中组合集成电路芯片的数目,可以分为单芯片封装与多芯片封装

按照密封的材料区分,可分为高分子材料和陶瓷为主的种类 按照器件与电路板互连方式,可分为引脚插入型和表面贴装型

按照引脚分布形态,可分为单边引脚,双边引脚,四边引脚与底部引脚

零级层次,在芯片上的集成电路元件间的连线工艺

SCP,单芯片封装 MCP,多芯片封装 DIP,双列式封装

BGA,球栅阵列式封装 SIP,单列式封装

ZIP,交叉引脚式封装 QFP,四边扁平封装

MCP,底部引脚有金属罐式 PGA,点阵列式封装

芯片封装技术的基本工艺流程:硅片减薄,硅片切割,芯片贴装,芯片互连,成型技术,去飞边,毛刺,切筋成型,上焊锡,打码

芯片减薄:目前硅片的背面减薄技术主要有磨削,研磨,干式抛光,化学机械平坦工艺,电化学腐蚀,湿法腐蚀,等离子增强化学腐蚀,常压等离子腐蚀等

芯片切割:刀片切割,激光切割(激光半切割,激光全切割)激光开槽加工是一种常见的激光半切割方式

芯片贴装也称为芯片粘贴,是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。四种主要的贴装方式,包括共晶粘贴法,焊接粘贴法,导电胶粘贴法和玻璃胶粘贴法。

共晶粘贴法是利用金-硅合金,363℃时的共晶熔融反应,使IC芯片粘贴固定。一般的工艺方法是将硅芯片置于已镀金膜的陶瓷基板芯片座上,在加热至约425℃借助金-硅共晶反应液面的移动,使硅逐渐扩散至金中而形成的紧密接合

芯片互联是将芯片焊接与电子封装外壳的IO引线或基板上的金属布线焊区相连接,常见方法有:打线键合,载带自动键合,倒装芯片键合。 主要的打线键合方式有超声波键合,热压键合,热超声键合

塑料封装的成型技术:转移成型技术,喷射成型技术,预成型技术

厚膜工艺流程:丝网印刷,厚膜材料的干燥和烧结。 丝网印刷工艺把浆料涂布在基板上,干燥工艺的作用是在烧结前从浆料中去除挥发性的溶剂。烧结工艺使粘贴机构发挥作用,使印刷图形粘贴到基板上

焊料是指连接两种或多种金属表面,在被连接金属的表面之间起冶金学的桥梁作用的材料是一种易熔合金,通常由两种或三种基本金属和几种熔点低于425℃的掺杂金属组成

锡膏是焊料,金属粉粒和助焊剂系统的混合物

焊料金属粉是锡膏的主要成分,也是焊接后的留存物,它对再流焊接工艺,焊点高度和可靠性都起着重要作用 助焊剂系统是净化焊接表面,提高湿润性,防止焊料氧化和确保焊点可靠性的关键材料

助焊剂成分:活化剂,载剂,溶剂,其他特殊功能添加剂

活化剂为焊剂中助焊功能的主要成分,它通过化学反应去除被焊表面的氧化层,并减小熔融焊料表面张力,以增加润湿性,还和其他杂质反应,提高助焊性能

载剂通常为固体物质或非挥发性液体,在焊接过程中,它是输送活化剂,使其与键合点表面的金属氧化层产生作用的载体,同时也是热传导层与氧化层的保护层

溶剂为液态助焊剂的主要成分,在电路板波峰焊键合的过程中,溶剂将活化剂与载剂传送到电路板的焊垫表面,随即因受热而完全蒸发,以免发生焊锡溅射

印制电路板为覆盖有单层或多层布线的高分子复合材料基板,它的主要功能为提供第一层次封装完成的元器件与电容,电阻等电子电路元器件的承载与连接,用以组成具有特定功能的模块或产品。

PCB基板是一块具有复杂布线图形及组装各种元器件的载体。

布线原则:为了减少或避免多层叠层布线的层间干扰,特别是高频应用下的层间干扰,两层间的走线应相互垂直;设置的电源层应布置在内层,它和接地层应与上下各层的信号层相近,并尽可能的均匀分配

多层PCB基板制作的一半工艺流程:钻孔,通孔金属化,制作布线图形,叠片层压,制作阻焊图形,焊盘涂覆Pb-Sn层,外形加工

硬式印制电路板工艺流程:下料→丝网漏印→腐蚀→去除印料→孔加工→印标记→涂助焊剂→成品。 THT:通孔插装技术 SMT:表面贴装技术

波峰焊的基本工艺步骤:助焊剂,预热,焊锡涂布,多余焊锡吹除,检测维修,清洁

助焊剂涂布的作用:清洁印制电路板上金属焊接表面与电镀导孔内壁 电路板预热的目的:

①使助焊剂中的溶剂挥发并干燥 ②提升助焊剂的活性,使其具有更强的清洁能力,以增强焊锡在电路板上的接合点,电镀导孔与封装元器件的引脚表面的润湿性

③加温过程可以使平衡封装元器件的温度不均匀现象,以防止热爆振波的产生

通孔插装技术的常见焊接方式就是波峰焊

再流焊:也称为回流焊,它是先在电路板的焊盘上涂覆适量的焊锡膏,再把SMT元器件贴放到相应位置,然后将贴装好的电路板送入再流焊设备,利用外部热源加热,使焊料熔化而再次流动浸润,从而完成电路板的焊接。

SMA:可分成单面混装,双面混装和全表面组装

表面贴装技术的优点: ①能提升元器件接合的密度 ②能减少封装的体积和质量 ③获得更优良的电气特性 ④可降低成本

SMT组装工艺流程:涂膏工艺,贴装,固化,回流焊,清洗,检测,返修

表面组装中,为了将锡膏涂敷在焊盘指定的位置,通过掩膜板将锡膏漏印在PCB上,根据掩膜版的不同,可以分为丝网印刷和钢模板印刷

表面组装中的贴片技术是通过机械手利用真空吸力将料盘或电袋中的SMT元件拾取后贴装到PCB表面指定位置的工艺

表面贴装技术使用的焊接方法可分为波峰焊和回流焊

气相再流焊利用氟碳化合物的蒸汽凝固于电路板上时放出的湿热时焊锡膏回熔而完成接合,优点包括 ①准确的温度控制与稳定性 ②均匀的加热系统

③不同形状与大小的元器件可以同时进行回焊接合 ④无元器件遮蔽热源的效应 ⑤焊接时间短

⑥氟碳化合物液体可提供氧化保护作用

顺形途封的原料一般为液状树脂将组装完成的印制电路板,表面清洗干净后以喷洒或沉浸的方法将树脂原料均匀的涂上,再经适当的烘烤热处理或紫外光烘烤处理后即成为保护涂层

陶瓷封装的工艺流程:引脚基板黏结,芯片黏结,打线键合,基板/封盖黏结,引脚镀锡,引脚切割成型

浆料为无机与有机材料的组合,无机材料为一定比例的氧化铝粉末与玻璃粉末的混合,有机材料则包括高分子粘着剂,塑化剂与有机溶剂等

烧结的目的就是将有机成分烧除无机材料,烧结成致密坚固的结构

塑料封装的工艺流程:芯片黏结,打线建合,铸模成型,烘烤硬化,引脚镀锡,引脚切割成型

塑料封装可靠性试验的方法 1高温偏压试验 2温度循环试验

3温度/湿度/偏压试验

气密性封装是指能够完全防止污染物的入侵和腐蚀的封装。通常,金属,陶瓷,玻璃均可达到气密性封装

水汽是引起IC芯片损坏的最主要原因

芯片的可靠性即芯片可靠度的性能,具体表现在产品使用时是否容易出现故障,产品使用寿命是否合理

Precon test:预处理 T/C test:温度循环测试 T/S test:热冲击 HTS tset:高温储藏 TH Test:温度和湿度 PC Test:高温蒸煮

金线偏移:集成电路元器件常常因为金线偏移量过大,造成相邻的经线相互接触,从而形成短路,甚至将金线冲断,形成断路,造成元器件的缺陷

原因:树脂流动而产生的拖曳力,导线架变形,气泡的移动,过保压/迟滞保压,填充物的碰撞

封装过程中的缺陷有金线偏移,芯片开裂,界面开裂,基板裂纹,孔洞

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