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电子封装

发布时间:2011/8/24 16:00:58 访问次数:3471

  (一) 电子封装概述
    1.封装的作用
    封装(package)主要指集成电路的外包封但不限于集成电路。对于集成电路应用来说封装不仅是必须的,而且也是至关重要的。简单说,IC封装就是指把裸芯片(管芯)安装到管壳内。封装不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有以下几种。
    1)物理保护
    封装提供芯片外界隔离,可防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,保护芯片表面以及连接引线等,使相对娇嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配,可缓解由于外部环境的变化而产生的各种应力,从而可防止芯片损坏失效。
    另外,封装后的芯片也更便于安装和运输。
    2)热量传导
    芯片工作时会产生热量,如果不能及时把热量散发出去,芯片就不能正常工作甚至会“烧坏”,封装的一个重要作用就是提供热量传导的途径。
    基于散热的要求,封装越薄越好,当芯片功耗大于2W时,在封装上必须考虑散热结构,例如散热片或采取强制冷却手段。
    3)内外连接与尺寸调整
    封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间砸,调整到实装基板的尺寸间距,从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到45nm以下)为特征尺寸的芯片,
到以lOμm为单位的芯片焊点,再到以lOOμm为单位的外部引脚,最后到以毫米数量级的印制电路板,都是通过封装来实现的。封装在这里起着尺寸由小到大、安装由难到易、结构由复杂到简单的变换作用,从而可使操作费用及材料费用降低,而且能提高工作效率和可靠性。
    4)标准规格化
    规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格,既便于加工,又便于与印制电路板相配合,相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便,而且便于标准化,提高组装技术的效率和可靠性。相比之下,裸芯片直装安装目前尚不具备这方面的优势。

    2.封装组成
    封装通常由封装基板、封装引线及外壳(或包封材料)等构成。图5.2.1所示为一个片式封装晶体管的外形与内部结构示意图,由图可见芯片上的电极是通过内部连接线与外引线(引脚)连接,而外引线可以很方便地焊接到印制电路板上,从而组装成各种实用电路。

                
   
    图5.2.2所示为一种使用非常广泛的双列表面贴装封装形式吸其结构示意图,与图5.2.1所示的晶体管结构一样,只不过引脚数多而已。

                   

    3.封装效率
    电子产品的微小型化的脚步从来没有停止过,而实现这些进步首当其冲的就是集成电路微小型化。对于一定功能的集成电路而言,影响封装大小的主要因素是封装的效率。
    所谓封装效率指的是芯片面积与封装外形(含引脚)面积之比,如图5.2.3所示,封装效率就是面积(α×b)与(A×B)之比。早期的插装集成电路封装效率不足5%;后来的表贴QFP和BGA封装也不超过20%;芯片规模封装(CSP)的效率在75%以上;而多芯片模块(MCM)或系统封装(SiP)的封装效率可接近90%,如表5.2.1所示。

        

  (二)封装类型
   封装类型很多,分类方法也有多种。常用的分类方法有3种:按包封材料、按集成电路安装到印制电路板上的方式和裸芯片的连接方式。
    1.按包封材料分类
    包封材料即通常称为管壳的封装材料,常用的有金属、陶瓷和塑料3种,如图5.2.4所示。

                             
    
    封装材料的发展历史是:最早是全属封装,然后是陶瓷,最后是塑料封装。3种封装中塑料封装以其低成本和高性价比获得广泛应用,目前92%以上的集成电路都采用塑料封装。金属封装由于成本高、封装工艺复杂,大部分应用已经由陶瓷取而代之。目前金属封装主要用于大功率电路的封装,只占封装总量的1%~2%。
    金属、陶瓷封装是“空封”,封装不与芯片表面接触,封装盖板与基体密封,属于气密封装。而塑料封装是“实封”,封装与芯片表面接触,是非气密封装。空封与实封如图5.2.5所示。气密封装具有防潮性能,使用时不用考虑防潮问题;非气密封装不防潮,使用时必须考虑防潮问题。             P8098

         


 


 


 

  (一) 电子封装概述
    1.封装的作用
    封装(package)主要指集成电路的外包封但不限于集成电路。对于集成电路应用来说封装不仅是必须的,而且也是至关重要的。简单说,IC封装就是指把裸芯片(管芯)安装到管壳内。封装不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有以下几种。
    1)物理保护
    封装提供芯片外界隔离,可防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,保护芯片表面以及连接引线等,使相对娇嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配,可缓解由于外部环境的变化而产生的各种应力,从而可防止芯片损坏失效。
    另外,封装后的芯片也更便于安装和运输。
    2)热量传导
    芯片工作时会产生热量,如果不能及时把热量散发出去,芯片就不能正常工作甚至会“烧坏”,封装的一个重要作用就是提供热量传导的途径。
    基于散热的要求,封装越薄越好,当芯片功耗大于2W时,在封装上必须考虑散热结构,例如散热片或采取强制冷却手段。
    3)内外连接与尺寸调整
    封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间砸,调整到实装基板的尺寸间距,从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到45nm以下)为特征尺寸的芯片,
到以lOμm为单位的芯片焊点,再到以lOOμm为单位的外部引脚,最后到以毫米数量级的印制电路板,都是通过封装来实现的。封装在这里起着尺寸由小到大、安装由难到易、结构由复杂到简单的变换作用,从而可使操作费用及材料费用降低,而且能提高工作效率和可靠性。
    4)标准规格化
    规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格,既便于加工,又便于与印制电路板相配合,相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便,而且便于标准化,提高组装技术的效率和可靠性。相比之下,裸芯片直装安装目前尚不具备这方面的优势。

    2.封装组成
    封装通常由封装基板、封装引线及外壳(或包封材料)等构成。图5.2.1所示为一个片式封装晶体管的外形与内部结构示意图,由图可见芯片上的电极是通过内部连接线与外引线(引脚)连接,而外引线可以很方便地焊接到印制电路板上,从而组装成各种实用电路。

                
   
    图5.2.2所示为一种使用非常广泛的双列表面贴装封装形式吸其结构示意图,与图5.2.1所示的晶体管结构一样,只不过引脚数多而已。

                   

    3.封装效率
    电子产品的微小型化的脚步从来没有停止过,而实现这些进步首当其冲的就是集成电路微小型化。对于一定功能的集成电路而言,影响封装大小的主要因素是封装的效率。
    所谓封装效率指的是芯片面积与封装外形(含引脚)面积之比,如图5.2.3所示,封装效率就是面积(α×b)与(A×B)之比。早期的插装集成电路封装效率不足5%;后来的表贴QFP和BGA封装也不超过20%;芯片规模封装(CSP)的效率在75%以上;而多芯片模块(MCM)或系统封装(SiP)的封装效率可接近90%,如表5.2.1所示。

        

  (二)封装类型
   封装类型很多,分类方法也有多种。常用的分类方法有3种:按包封材料、按集成电路安装到印制电路板上的方式和裸芯片的连接方式。
    1.按包封材料分类
    包封材料即通常称为管壳的封装材料,常用的有金属、陶瓷和塑料3种,如图5.2.4所示。

                             
    
    封装材料的发展历史是:最早是全属封装,然后是陶瓷,最后是塑料封装。3种封装中塑料封装以其低成本和高性价比获得广泛应用,目前92%以上的集成电路都采用塑料封装。金属封装由于成本高、封装工艺复杂,大部分应用已经由陶瓷取而代之。目前金属封装主要用于大功率电路的封装,只占封装总量的1%~2%。
    金属、陶瓷封装是“空封”,封装不与芯片表面接触,封装盖板与基体密封,属于气密封装。而塑料封装是“实封”,封装与芯片表面接触,是非气密封装。空封与实封如图5.2.5所示。气密封装具有防潮性能,使用时不用考虑防潮问题;非气密封装不防潮,使用时必须考虑防潮问题。             P8098

         


 


 


 

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