1. IC封装的定义
封装狭义的定义是指安装集成电路芯片外壳的过程;广义的定义应包括将制备合格的芯片、元件等装配到载体(Carrier)上,采用适当的连接技术形成电气连接、安装外壳,构成有效组件的整个过程。安装集成电路芯片(元件)的外壳,可以采用塑料、金属、陶瓷、玻璃等材料,通过特定的工艺将芯片(元件)包封起来,使得集成电路在各种环境和工作条件下能稳定、可靠地工作。
微电子封装(Microelectronic Package)是将微电子产品中各个单元连接起来实 现器件功能的技术,是连接芯片内部电路和外部电路的桥梁,是实现芯片功率输入、输出与外界连接的途径。
2. IC封装的功能
封装的功能通常包括五个方面:电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。
(1)电源分配:电源的接通,使得集成电路芯片能与外部电路进行沟通,满足封装体内部不同部位的电源分配,以优化封装体内部能源的消耗。
(2)信号分配:为使电信号最大程度减小延迟,布线应尽量使得信号线与芯片的互联路径及通过封装输入、输出引出的路径优化到最短。避免高频信号的串扰。
(3)散热通道:封装结构和材料的不同,对器件的散热效果将起关键作用。对于功率特别大的集成电路,还需考虑附加的降温措施,如:散热板(片)、风冷、水冷等
(4)机械支撑:封装可为集成电路芯片和其他部件提供可靠的机械支撑,以此来适应不同的工作环境和条件的变化。
(5)环境保护:集成电路在使用过程中,可能会遇到不同的环境,有时甚至在十分恶劣的环境中使用。为此,封装对芯片的环境保护作用是显而易见的。
3. 广义的封装层级
封装可以分五个层次:
(1)零级封装:晶圆上互连
(2)一级封装:将芯片封装成器件(单芯片或多芯片)
(3)二级封装:是指将电子元器件(包括已封装芯片)安装到印刷线路板上,主要钎焊方法包括通孔插装技术、表面贴装技术、芯片直接安装技术
(4)三级封装:子系统组装将二级封装插到母板上
(5)四级封装:整机电子系统如电子计算机等的组装
4. 封装类别(与PCB连接方式)
器件的安装方式可分为通孔插装(Pin through hole,PTH)和表面贴装(Surface Mount Technology,SMT)。通孔插装式元件的引出端是插入式引线,表面贴装式元件的引出端是扁平引线、焊盘、焊球、凸点等,两者的区别如下:
序号 | 项目 | 通孔插装封装 | 表面贴装封装 |
1 | 引脚数量 | 除PGA外一般不超过100,PGA不超过500。 | 最多可达1000以上(例如:) |
2 | 封装密度 | 与表面贴装相比,相同的引脚数量时,封装面积大,重量大。芯片面积占封装面积比小,通常在1:10以下。 | 与通孔插装相比,相同引脚数,封装面积约为25%~40%,重量约为5%~15%。芯片:封装面积比最大可超过1:1.14,非常接近1:1。 |
3 | 电性能 | 寄生电感、电阻和电容大,信号传输慢 | 寄生电感、电阻和电容小,传输快 |
4 | 自动化生产 | 体积大、重量大、外形复杂,需要多种插装机 | 体积小、重量轻,贴装更容易 |
5 | 生产成本 | 材料成本高,生产效率低 | 材料成本低,生产效率高 |
6 | 可靠性 | 焊点缺陷率高,不耐机械冲击和高频振动 | 焊点缺陷率低50%以上,具有良好的耐机械冲击及耐高频振动能力 |
7 | 环境保护 | 封装材料使用量大 | 封装材料使用量少 |