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嘉峪檢測網(wǎng) 2020-03-11 17:07
將有源器件以及無源元件組裝到已完成膜層印燒/蒸發(fā)/濺射的基片上以后，這個混合微電路就可以進(jìn)行封裝了。組裝和封裝作為產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)在業(yè)界引起人們?nèi)找嬖龆嗟年P(guān)注。
廣義的封裝是指將半導(dǎo)體和電子元器件所具有的電子的、物理的功能，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于設(shè)備或系統(tǒng)的形式，并使之能夠為人類社會服務(wù)的科學(xué)技術(shù)。
狹義的封裝(Packaging,PKG)是指裸芯片與布線板實(shí)現(xiàn)微互連后，將其密封在塑料、玻璃、金屬或者陶瓷外殼中，以確保半導(dǎo)體集成電路芯片在各種惡劣條件下正常工作。
無論是單芯片封裝前的裸芯片，還是將多個裸芯片裝載在多層布線板上的多芯片組件(MCM)，在不經(jīng)封裝的狀態(tài)下，由于空氣中濕氣和氧的影響，半導(dǎo)體集成電路元件表面及多層布線板表面的導(dǎo)體圖形及電極等，會隨時受到氧化的腐蝕，使其性能退化。無論是單芯片封裝還是MCM制造，在整個工藝過程中，應(yīng)避免在空氣中放置，而應(yīng)在氮?dú)鈿庀涞确腔钚詺夥罩屑右员Ｗo(hù)。否則，會出現(xiàn)半導(dǎo)體元件的內(nèi)側(cè)引線凸點(diǎn)因氧化而難以鍵合，多層布線板的導(dǎo)體電極因氧化而不能釬焊等失效問題。
即使已完成了微互連，不經(jīng)封裝而在含有濕氣的空氣中工作加之遷移現(xiàn)象，半導(dǎo)體元件及多層布線板上的導(dǎo)體電路會發(fā)生突然短路。因此，多層布線板及半導(dǎo)體元件表面露出的導(dǎo)體圖形必須與外界氣氛隔絕。無論對于單個使用的裸芯片還是MCM，封裝都是必不可少的。
封裝除對混合電路起機(jī)械支撐、防水和防磁、隔絕空氣等的作用外，還具有對芯片及電連接的物理保護(hù)、應(yīng)力緩和、散熱防潮、尺寸過渡、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化等多種功能。
非氣密性樹脂封裝技術(shù)
單芯片封裝
單芯片封裝分氣密性封裝型和非氣密性封裝型兩大類：前者包括金屬外殼封接型、玻璃封接型(陶瓷蓋板或金屬蓋板)、釬焊(Au/Sn共晶焊料)封接型；后者包括傳遞模注塑封型、液態(tài)樹脂封裝型、樹脂塊封裝型等。其中傳遞模注塑封法價格便宜，便于大批量生產(chǎn)，目前采用最為普遍。
傳遞模注塑封技術(shù)
a. 模注樹脂成分及特性
樹脂通常是指受熱后有軟化或熔融范圍，軟化時在外力作用下有流動傾向，常溫下是固態(tài)、半固態(tài)，有時也可以是液態(tài)的有機(jī)聚合物。廣義地講，可以作為塑料制品加工原料的任何聚合物都稱為樹脂。
樹脂有天然樹脂和合成樹脂之分。天然樹脂是指由自然界中動植物分泌物所得的有機(jī)物質(zhì)，如松香、琥珀、蟲膠等。合成樹脂是指由簡單有機(jī)物經(jīng)化學(xué)合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而得到的樹脂產(chǎn)物。
按樹脂分子主鏈組成分類：
按此方法可將樹脂分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物。
碳鏈聚合物是指主鏈全由碳原子構(gòu)成的聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯等。
雜鏈聚合物是指主鏈由碳和氧、氮、硫等兩種以上元素的原子所構(gòu)成的聚合物，如聚甲醛、聚酰胺、聚醚等。
元素有機(jī)聚合物是指主鏈上不一定含有碳原子，主要由硅、氧、鋁、鈦、硼、硫、磷等元素的原子構(gòu)成，如有機(jī)硅。
ex：環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。
傳遞模注樹脂封裝的可靠性取決于模注樹脂的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)模注樹脂的組成，按其配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從高到低依次為填充料(filler)(約70%),環(huán)氧樹脂(約18%以下)，固化劑(約9%以下)等。
晶態(tài)二氧化硅有利于提高模注樹脂的導(dǎo)熱性，熔凝態(tài)(非晶)二氧化硅有利于降低模注樹脂的熱膨脹系數(shù)及吸濕性。圖中可見隨熔凝二氧化硅含量的增加，封裝樹脂熱膨脹系數(shù)降低最多，從而對模注塑封中的熱應(yīng)力緩和更為有效。
環(huán)氧樹脂的組成，一般都采用甲酚-酚醛系([C6H3OHCH2]n)。環(huán)氧樹脂具有保護(hù)芯片、使其于外部氣體隔絕，確保成形時的流動性外，還對模注樹脂的機(jī)械、電氣、熱等基本特性起決定性作用。
固化劑的主要成分為苯酚-酚醛系樹脂，其與環(huán)氧樹脂一起對成形時的流動性及樹脂特性起作用。
此外，模注樹脂中還含有如下成分：促進(jìn)固化反應(yīng)的固化促進(jìn)劑(觸媒)；樹脂在注模內(nèi)固化后，為使其便于取出的脫模劑；為阻止燃燒，滿足阻燃特性規(guī)定的阻燃劑；以黑色炭粉及各種顏料進(jìn)行著色的著色劑等。
b. 傳遞模注工藝過程
先將模具預(yù)熱，將經(jīng)過微互連的芯片框架插入上下模具中，上模具下降，將芯片框架固定。
注塑壓頭按設(shè)定程序下降，樹脂料餅經(jīng)預(yù)加熱器加熱，粘度下降，在注塑壓頭壓力作用下，由料筒經(jīng)流道，通過澆口分配器進(jìn)入澆口，最后注入到型腔中。
注入中不加壓力，待封裝樹脂基本上填滿每個型腔之后再加壓力。在加壓狀態(tài)下保持?jǐn)?shù)分鐘，樹脂聚合而硬化。
上模具提升，取出模注好的封裝體。切除流道、澆口等不必要的樹脂部分。
此時樹脂聚合仍不充分，特性也不穩(wěn)定，需要在160~180攝氏度經(jīng)數(shù)小時的高溫加熱，使聚合反應(yīng)完結(jié)。
由于模注時樹脂可能從模具的微細(xì)間隙流出，故最后還要利用高壓水及介質(zhì)(玻璃粉等)的沖擊力，使殘留在外引腳表面的樹脂溢料(又稱毛邊、飛邊等)剝離。
外引腳經(jīng)過電鍍焊料或電鍍Sn等處理，以改善引腳的耐蝕性及微互連時焊料與它的浸潤性。至此，傳遞模注封裝全部完成。
問題1：
隨著芯片封裝規(guī)模及相應(yīng)模具的大型化，往往會發(fā)生樹脂注入型腔的不均勻化問題。從樹脂注入每個型腔的過程看，離注塑壓頭遠(yuǎn)的型腔注入樹脂前，離注塑壓頭近的型腔中樹脂已開始硬化；離注塑壓頭遠(yuǎn)的型腔填充完畢開始增加注入壓力時，離注塑壓頭近的型腔中的樹脂已經(jīng)硬化，殘留的氣體會產(chǎn)生氣孔或氣泡。
解決方法是采用多個注塑壓頭，以保證樹脂在每個型腔內(nèi)處于均衡的流入狀態(tài)。
問題2
一般的模注采用下澆口注入樹脂，這在芯片和封裝尺寸較小時沒有問題，但隨著芯片和封裝尺寸變大，離澆口遠(yuǎn)的封裝上部，往往出現(xiàn)樹脂未填充的部分。
解決方法是通過將澆口設(shè)置在封裝中部，保證注入樹脂在型腔內(nèi)芯片的上面、下面均衡流動，從而避免樹脂未填充問題。
c. 模注樹脂流速及粘度對Au絲偏移(沖絲)的影響
封裝樹脂在型腔內(nèi)流動會造成微互連Au絲的偏移(沖絲)。
為了減小Au絲偏移，應(yīng)降低封裝樹脂的粘度，并控制封裝樹脂盡量緩慢的在型腔內(nèi)流動。
多芯片封裝
MCM封裝也可按其氣密性等級，分為氣密封裝和非氣密封裝兩大類。非氣密封裝的代表是樹脂封裝法，依樹脂的加入方式不同，進(jìn)一步還可分為注型(casting)法、浸漬(dipping)法、滴灌(potting)法及流動浸漬法(粉體涂裝法)等；氣密性封裝包括低熔點(diǎn)玻璃封接法、釬焊封接法、縫焊封接法及激光熔焊法等。
封裝可靠性與其價格具有明顯的關(guān)系，可靠性越高則封裝價格越貴。
樹脂封裝價格低，但從可靠性角度，特別是耐濕性存在問題，對于可靠性要求高的大型電子計算機(jī)等領(lǐng)域，必須采用氣密性封裝。
采用釬焊密封法，可以做到完全的氣密性封接，金屬性腔體內(nèi)還可封入氦氣、氮?dú)獾确腔钚詺怏w。但這種方法存在焊料與多層布線板上導(dǎo)體層之間的擴(kuò)散問題，若在高溫環(huán)境下使用，則耐熱性及長期使用的可靠性都不能保證。
對可靠性有更高要求的應(yīng)用，需采用熔焊法。其中之一是縫焊封接(seamweld),但現(xiàn)有縫焊焊機(jī)的功率有限，只能焊比較薄(厚度約0.15mm)的金屬蓋板，不能用于大型MCM。為了能對大型MCM中采用比較厚(0.25~0.5mm)的金屬蓋板進(jìn)行熔焊封接，需要采用激光熔焊法。
采用縫焊封接時，先用環(huán)氧樹脂及焊料等粘結(jié)劑，將陶瓷布線板支持固定在金屬外殼中，而粘結(jié)劑在散熱性及耐機(jī)械沖擊性等方面都存在問題。為解決這些問題，可以在陶瓷布線板上，通過銀漿料，粘結(jié)固定與布線板熱膨脹系數(shù)基本相等的可伐或Fe/Ni42合金等密封環(huán)，并作為激光熔焊時的金屬基體。
耐濕性試驗：
為了比較各種封裝方法的可靠性，一般以耐濕性為代表，耐濕性試驗最常使用壓力鍋試驗。
近30年前的DIP封裝(傳遞模注塑封法)，由于塑封材料耐濕性差，在121攝氏度，202kPa的壓力鍋中，只能維持70h左右；隨著塑封材料耐濕性的逐步改善，目前的可靠性已達(dá)200h.對MCM封裝，大多數(shù)塑封MCM，例如滴灌法COB(chip on board)、流動浸漬法的SMT模塊、浸漬法、注型法等制作的HIC，僅能維持小于70h的可靠性；而氣密性MCM封裝，幾乎能維持無限長時間，顯示出高可靠性。
無論是非氣密樹脂封裝，還是其他幾種氣密性封裝，都具有各自優(yōu)勢，但從可靠性比較，氣密封裝明顯優(yōu)于非氣密封裝。
a. 非氣密多芯片樹脂封裝技術(shù)
常用于MCM的非氣密性樹脂封裝法，一般是采用環(huán)氧樹脂、塑料、硅樹脂等有機(jī)樹脂，覆蓋在微互連于多層布線板之上的半導(dǎo)體芯片上，使其與外界隔絕。覆蓋樹脂的方法有以下五種。
涂布(coating)法
用筆或毛刷等蘸取環(huán)氧樹脂或硅樹脂，直接在半導(dǎo)體芯片及片式元件上涂布，經(jīng)加熱固化完成封裝。用于這種方法的涂布樹脂粘度要適中略低。
滴灌(potting)法
又稱滴下法。用注射器及布液器將粘度比較低的環(huán)氧樹脂、硅樹脂等液態(tài)樹脂滴灌在微互連于多層布線板之上的半導(dǎo)體芯片上，經(jīng)加熱固化完成封裝。
浸漬(dipping)法
將完成微互連的MCM浸入裝滿環(huán)氧樹脂或酚樹脂液體的浴槽中，浸漬一定時間后向上提拉，經(jīng)加熱固化完成封裝。此方法要搭配掩模等方法避免樹脂在不需要的部位上附著。
注型(casting)法
又稱模注法。將完成微互連的MCM置入比其尺寸略大的模具或樹脂盒中，在它們的間隙中注入環(huán)氧樹脂或酚樹脂等液體樹脂，經(jīng)加熱固化完成封裝。
流動浸漬法
又稱粉體涂裝法。將完成微互連的多層布線板在預(yù)加熱的狀態(tài)，浸入裝滿環(huán)氧樹脂與氧化硅粉末的混合粉體中，并處于流動狀態(tài)的流動浴槽中，浸漬一段時間，待粉體附著達(dá)一定厚度后，經(jīng)加熱固化完成封裝。
在對樹脂封裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重點(diǎn)考慮耐濕性和減小內(nèi)應(yīng)力這兩個問題。對于前者應(yīng)減少可能漏氣的環(huán)節(jié)，加強(qiáng)從外氣到半導(dǎo)體元件的密封措施；對于后者應(yīng)正確把握封裝樹脂熱膨脹系數(shù)、填充量等的關(guān)系，減少容易發(fā)生應(yīng)力集中的環(huán)節(jié)等。在有些情況下，可以采用從里到外三層樹脂封裝的結(jié)構(gòu)，靠近芯片為一層柔軟層，中間為一層緩沖層，外部為一層致密層。這樣既可提高耐濕性，又可減小內(nèi)應(yīng)力。
以上幾種方法都屬于樹脂封裝，不可避免都會浸入一定程度的濕氣，導(dǎo)致可靠性也短，一般只有2~3年的保質(zhì)時間；封裝之后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格或出現(xiàn)故障，需要剝離樹脂，找出不合格芯片，但剝離液對正常芯片會產(chǎn)生影響，因此，出現(xiàn)故障的塑封元件一般以廢品處理。這些方法適合于規(guī)模較小，價格比較低的一般民用器件。
b. 樹脂封裝中濕氣侵入路徑及防止措施
樹脂材料作為有機(jī)物，都或多或少存在耐濕性較差的問題。樹脂封裝中濕氣的來源主要有三條：一是樹脂自身的吸濕性；二是樹脂自身的透水性；三是通過樹脂與多層布線板之間的間隙，以及通過封裝與MCM引腳之間的間隙發(fā)生滲漏。
液態(tài)樹脂的固化條件(溫度和時間)對吸水性、透水性有決定性的影響，必須嚴(yán)格保證。還要注意樹脂的保質(zhì)期及冷藏保管，使用前要進(jìn)行脫泡處理，嚴(yán)禁粉塵和氣泡混入。經(jīng)生產(chǎn)廠家多年努力，樹脂的吸水性和透水性已明顯改善。
關(guān)于密封性，不單單取決于樹脂材料，還取決于引腳的表面狀態(tài)，以及樹脂材料同氧化鋁陶瓷多層布線板等基體材料的匹配情況。對于耐濕性良好而密封性不太理想的樹脂，可以通過增加基體材料表面粗糙度的方法，增加整體的密封性。
樹脂封裝法中，芯片周圍包圍的樹脂材料越多、有效隔離長度越長、耐濕性越好。但另一方面，隨著封裝樹脂量的增加及樹脂中內(nèi)應(yīng)力的增加，會造成陶瓷布線板發(fā)生翹曲，致使芯片布線板上搭載的芯片部件剝離、引起WB電氣連接破壞、造成布線板上膜電阻出現(xiàn)裂紋等。故應(yīng)正確把握樹脂填充量、有效絕緣長度、內(nèi)應(yīng)力等因素的關(guān)系。
熱膨脹系數(shù)是否匹配為內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的重要起因之一。應(yīng)通過改進(jìn)樹脂添加成分，使樹脂與電路材料熱膨脹系數(shù)盡量匹配。
c.樹脂未填充起因及解決辦法
由于模具溫度過高，預(yù)熱后的塑封料在高溫下反應(yīng)加快，會造成型腔還未充滿時，塑封料粘度急劇上升，流動阻力增大，注塑壓力無法傳遞，形成有趨向性的未填充。這種現(xiàn)象在大體積電路中容易出現(xiàn)，因為其每模塑封料用量較多，為使塑封料在短時間內(nèi)受熱均勻，設(shè)定的模溫一般較高。
有趨向性未填充主要是塑封料流動不充分引起的，可采用提高塑封料預(yù)熱溫度和增加注塑速度使塑封料流動加快，同時降低模具溫度，減緩反應(yīng)速度，可以使流動時間延長，填充更充分。
由于模具的澆口堵塞，使塑封料無法注入，以及排氣口堵塞造成型腔氣體殘留，從而阻礙了型腔的填充。這種未填充在型腔位置分布上無規(guī)律性，小體積電路出現(xiàn)的幾率較高，因為小型封裝的澆口、排氣口相對較小而容易引起堵塞。
對于澆口和排氣口的堵塞，可用工具刮去堵塞物并涂上脫模劑，每模封裝后，用氣槍和刷子清掃模具。
d. 沖絲
塑封料在注塑成形時是有粘度的運(yùn)動流體，因此具有一定的沖力。沖力作用在金絲上，使金絲產(chǎn)生偏移，極端情況下金絲沖斷，這就是所謂的沖絲。
沖絲是塑封產(chǎn)品的一個通病，無法完全消除，它必須借助專用的X射線儀才能觀察到，在生產(chǎn)中無法做到全檢，一般只做少量的抽檢。如何通過抽檢來判斷沖絲程度就非常重要了。
a/b越大，沖絲程度越嚴(yán)重；
當(dāng)a/b>20%時可判為不良品；
a/b>12%~15%時，必須引起重視并進(jìn)行調(diào)整；
a/b<10%時，情況較好。
一般來說，塑封料粘度越大，速度越快，對鍵合絲的沖擊角度越接近于90度，沖力越大。
氣密性封裝技術(shù)
a. 釬焊氣密封接技術(shù)
釬焊氣密封接是通過釬焊將金屬外殼固定在多層布線板上，將IC芯片與外氣絕緣。為了利用釬焊實(shí)現(xiàn)氣密封接的目的，要求焊料與被釬焊材料之間具有良好的浸潤性。通常采用Sn63/Pb37焊料。
為了釬焊金屬封裝外殼，需要在多層布線板表面的四周，形成與外殼相匹配、用于釬焊連接的導(dǎo)體圖形。該導(dǎo)體圖形與焊料間應(yīng)有良好的浸潤性，且與焊料的互擴(kuò)散盡量小。一般是通過厚膜法，采用Cu漿料印刷。對于氧化鋁陶瓷多層共燒基板來說，一般在W導(dǎo)體層上電鍍Ni/Au層，以達(dá)到良好的浸潤性。
金屬外殼與多層布線板的熱膨脹系數(shù)一般是不同的，因此對氧化鋁布線板來說，最好選用可伐合金外殼。但可伐合金與焊料間的浸潤性不好，通常金屬外殼也需要電鍍Ni/Au或Sn，以改善其浸潤性。
可伐合金（Kovar）:本合金含鎳29%，鈷17%的鐵基封接合金。該合金在20~450℃范圍內(nèi)具有與陶瓷相近的熱膨脹系數(shù)，和相應(yīng)的陶瓷能進(jìn)行有效封接匹配，此容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，廣泛用于制作電真空元件，發(fā)射管，顯像管，開關(guān)管，晶體管以及密封插頭和繼電器外殼等。用可伐合金對工件進(jìn)行封接 時，一般工件表面要求鍍金。
釬焊封接時，將金屬外殼扣在預(yù)釬焊的封接圖形上，在大約240攝氏度下進(jìn)行回流焊，此時外殼內(nèi)的空氣會膨脹，因此需要在金屬外殼上制作空氣向外逃逸用的小孔，而后，在氦氣或氮?dú)獾确腔钚詺夥罩校霉簿Ш噶蠈π】走M(jìn)行封接。
釬焊封接的金屬外殼封裝便于分解、重裝，一般可保證在10次以上。因此，這種封接可用做通常氣密性封裝后半導(dǎo)體元件的初期不良品篩選。
釬焊封接中采用助焊劑，焊接過程中產(chǎn)生殘渣，清洗助焊劑的三氯乙烷等有機(jī)清洗劑破壞臭氧層，不利于環(huán)保。
b. 激光熔焊封接技術(shù)
激光熔焊適用于大型MCM及外形復(fù)雜的MCM，并能保證高可靠性。
其工藝過程如下：先在多層布線板的設(shè)定位置上，由Ag焊料固定作為熔焊金屬基體的焊接環(huán)，將金屬外殼扣在焊接環(huán)上，使兩者處于緊密接觸狀態(tài)，用激光束照射密接部位，焊接環(huán)及與其密接部位的外殼金屬同時熔化，經(jīng)冷卻完成氣密封接。由于相同金屬間便于熔焊，一般情況下焊接環(huán)與外殼都采用可伐合金。
激光熔焊封接法僅使焊接環(huán)與金屬外殼間需要密封連接的部位瞬時達(dá)到高溫再冷卻。不像焊料封接那樣，需要使多層布線板達(dá)到高溫，因此，不必考慮金屬外殼內(nèi)部空氣的膨脹問題，不需要在金屬外殼上設(shè)置氣孔。激光熔焊法可以在非活性氣氛封接箱內(nèi)完成氣密性封接。
對熔焊封接外殼進(jìn)行拆卸、重裝是比較困難的，一般采取的是拆卸、重裝焊接環(huán)的方式。因此，焊接環(huán)的高度一般保持在0.75mm以上，在每一次拆卸、重裝過程中，焊接環(huán)需要研磨掉約100~200的高度，總共可進(jìn)行2~3次返修、重裝操作。
與釬焊封接法相比，激光熔焊法允許的拆卸、返修次數(shù)少，故在正式封裝前，需要對半導(dǎo)體元件進(jìn)行老化篩選，以去除初期不良的器件。
將無Pb的激光熔焊封接技術(shù)和無鉛的芯片微互連技術(shù)相結(jié)合，就可以在完全不必采用Sn-Pb系焊料，實(shí)現(xiàn)封裝的真正無無鉛化。
常見封裝形式及性能
表面貼裝元器件的發(fā)展導(dǎo)致了安裝方式從通孔插裝到表面貼裝的變化。相應(yīng)的元器件封裝形式也發(fā)生了變化。
To封裝
To封裝最初被用作上面有厚膜電阻、電容、芯片-線焊半導(dǎo)體器件的多層陶瓷基板的封裝外殼。To99是低矮款式的To5封裝，其常用于封裝中等復(fù)雜程度的單層基片電路。
To形式的封裝成本最低，且封裝合格率較好，在半導(dǎo)體工業(yè)界曾廣泛使用。
DIP封裝
(dual in-line package,雙列直插封裝)
上世紀(jì)70年代開始流行DIP，其針腳分布于兩側(cè)，且呈直線平行布置，直插入印制線路板，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械固定和電氣連接。
a.DIP封裝比To封裝易于對基板布線，操作方便
b.DIP引腳數(shù)一般不超過100個
c.DIP封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP等。
衡量芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的一個重要指標(biāo)是芯片面
積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。
d.以采用40根I/O引腳塑料包封雙列直插式(PDIP)的CPU為例，芯片面積/封裝面積=1:86。所以，這種封裝效率很低，占去了很多有效安裝面積。
e. 很多中小規(guī)模集成電路采用這種封裝形式，現(xiàn)在一些主板的BIOS芯片還采取這種封裝形式。Intel公司在這段時間推出的CPU如8086，80286都采用PDIP封裝。
PGA(Pin grid array package)
(針柵陣列插入式封裝)
此封裝形式是在DIP的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)高速度、多針腳化(提高端子密度)而出現(xiàn)的。針腳不是單排或雙排，而是在整個平面呈柵陣排布。
a. 與DIP相比，在不增加針腳間距的情況下，可以按近似平方的關(guān)系提高針腳數(shù)。若采用導(dǎo)熱性良好的陶瓷基板，還可以適應(yīng)高速度、大功率器件的要求。
b. 這種封裝具有向外伸出的針腳，一般采用插入式實(shí)裝而不宜采用表面實(shí)裝，采用陶瓷基板，價格相對較高。
芯片載體封裝
上世紀(jì)80年代出現(xiàn)了芯片載體封裝，其中有陶瓷無引線芯片載體LCCC(Leadless ceramic chip carrier),塑料無引線芯片載體PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier),小尺寸封裝SOP(Small Outline Package),塑料四邊扁平封裝PQFP(Plastic Quad Flat Package)等。
a. 芯片載體封裝適合用表面安裝技術(shù)在基板上安裝布線。
b. 封裝外形尺寸小，寄生參數(shù)小，可靠性進(jìn)一步提高，適合高頻應(yīng)用。
c.以208根I/O引腳的QFP封裝的CPU為例，外形尺寸28mm*28mm,芯片尺寸10mm*10mm，則芯片面積/封裝面積=1：7.8。
d. 在此期間，Intel公司的CPU如80386就采用塑料四邊引出扁平封裝PQFP
QFP由SOP發(fā)展而來，其外形呈扁平狀，鳥翼形引線端子的一端由PKG的四個側(cè)面引出，另一端沿四邊布置在同一平面上。由QFP派生出LCCC、PLCC以及TCP等。
e.QFP實(shí)裝在基板上不是靠針腳插入通孔中，而是采用SMT方式，即通過焊料等粘附在基板表面相應(yīng)的電路圖形上。因此，基板兩面可以形成不同的電路，采用整體回流焊等方式使兩面上搭載的全部元器件一次鍵合完成，便于自動化操作，可靠性也有保證，是目前最常采用的PKG形式。
f. 由于QFP的引線端子四周邊布置，且伸出PKG之外，若引線間距過窄，引線過細(xì)，則端子更為柔嫩，難免制造及實(shí)裝過程中造成變形。當(dāng)端子數(shù)超過幾百個，端子間距等于或小于0.3mm時，要精確的搭載在電路圖形上并與其它元件一起采用再流焊一次完成，難度極大，需采用專用搭載機(jī)，致使封裝價格劇增。
BGA(ball grid array,球柵陣列封裝)
上世紀(jì)90年代，隨著集成技術(shù)的進(jìn)步，LSI、VLSI、ULSI相繼出現(xiàn)，硅單芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急劇增大，功耗隨之增大，對集成電路封裝要求更加嚴(yán)格。
BGA最早由摩托羅拉公司開發(fā)，曾稱為bump grid array.它實(shí)際是在PGA和QFP的基礎(chǔ)上發(fā)展而來：取前者端子平面陣列布置，將插入式的針腳改換成鍵合用的微球；取后者可采用SMT等由一次回流焊完成實(shí)裝等優(yōu)點(diǎn)。
目前，從形式上看BGA主要有下面幾種類型：
PBGA(Plastic ball grid array),以印制線路板為封裝基板的BGA；
CBGA(Ceramic ball grid array),以陶瓷基板為封裝基板的BGA；
TBGA(Tape ball grid array),帶載BGA；
SBGA(Super ball grid array),以覆銅基板為封裝基板的BGA。
最早開發(fā)并推廣應(yīng)用的BGA形式為PBGA。所謂PBGA是把PGA的針腳端子變成便于表面實(shí)裝的球形端子，封裝基板不采用高價的陶瓷，而采用價格便宜、跟印制電路板相同的、加入玻璃纖維的環(huán)氧樹脂基板，芯片電極與封裝基板布線的連接一般采用WB方式，BGA與實(shí)裝基板的連接采用回流焊的方式。
按封裝基板的層數(shù)，PBGA又有單層和多層之分，后者有EBGA(enhanced BGA)、ABGA(advanced BGA)等之分，但結(jié)構(gòu)大同小異，芯片采用電極面朝下方式，芯片背面粘附散熱板，有利于高頻信號的傳輸，熱阻小，基板及封裝設(shè)計的自由度大。
第二種BGA形式為TBGA，它可以進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)多端子化和小型化。它采用便于封裝基板布線圖形微細(xì)化及半導(dǎo)體芯片鍵合焊盤微細(xì)化的TCP(TAB)技術(shù)。TBGA具有薄型，低熱阻，有利于高頻信號傳輸，便于更精細(xì)布線，適合多端子封裝等優(yōu)點(diǎn)。
還有一種BGA形式為FCBGA(flip chip BGA)，即倒裝芯片BGA，主要適應(yīng)1000引腳以上的多端子封裝。
a. BGA的I/O引腳雖然繼續(xù)增多(400引腳以上并不困難)，但引腳間距大于QFP，提高了組裝成品率；
b. BGA厚度比QFP減少1/2以上，重量輕3/4以上；
c. 寄生參數(shù)小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；
d. 現(xiàn)在的BGA，從技術(shù)上看正向兩級化領(lǐng)域發(fā)展，一極以滿足多功能、高性能的電子設(shè)備為主要目標(biāo)，以多引腳、高速化為其主要特征；另一極以滿足多功能、小型化、便攜式的電子設(shè)備為主要目標(biāo)，以小型化為其主要特征。
e. 仍與QFP一樣，BGA占用基板面積還是較大；Tessera公司在BGA基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，研制出一種封裝技術(shù)，芯片面積/封裝面積=1：4。
BGA一經(jīng)出現(xiàn)，便成為CPU，南北橋芯片封裝的最佳選擇。典型的如PentiumⅡ采用陶瓷球柵陣列封裝CBGA,并在外殼上安裝微型排風(fēng)扇散熱，從而達(dá)到電路的可靠穩(wěn)定工作。
開發(fā)BGA最早，最積極的是美國的公司。日本一些大公司曾想依靠其高超的操作技能固守QFP不放，但由于BGA具有與電路圖形自對準(zhǔn)功能、所占實(shí)裝面積小、對端子間距要求不苛刻、便于實(shí)現(xiàn)高密度封裝等優(yōu)點(diǎn)，日本各大電子公司后起直追，投入相當(dāng)大力量開發(fā)各種類型的BGA。由于CSP的開發(fā)成功，日本在超小型封裝方面后來居上。
雖然BGA封裝價格比QFP高，但由于實(shí)裝可靠(日本微機(jī)廠商主板中采用的200端子PBGA，實(shí)裝不合格率僅為百萬分之六)，因?qū)嵮b不良造成的返修價格幾乎為零，按總的封裝價格相比，BGA占優(yōu)勢。
CSP
(chip size package,芯片尺寸封裝)
CSP具有各種各樣的結(jié)構(gòu)，并不是一種新的封裝類型。但CSP應(yīng)具有下述特征：
1) CSP就是與芯片尺寸等同或略大的封裝的總稱。
2) 就封裝形式而論，屬于已有封裝形式的派生品，因此可 以按現(xiàn)有封裝形式來分類，如BGA型，LGA型，SON型等。
3) 從1996年起，CSP逐漸向便攜式信息電子設(shè)備推廣，其標(biāo)準(zhǔn)化、一次回流焊特性及價格等與QFP不相上下。
4) 目前的CSP，不僅從外觀，而且從內(nèi)部連接方式上都有多種不同結(jié)構(gòu)。各大電子公司為了在包括低檔產(chǎn)品在內(nèi)的一般便攜式信息設(shè)備中實(shí)現(xiàn)超高密度化，都在積極開發(fā)極限超小型封裝，CSP發(fā)展極為迅速，各種新型的CSP結(jié)構(gòu)會不斷出現(xiàn)。
關(guān)于CSP的類型，日本電子機(jī)械工業(yè)協(xié)會(EIAJ)打算按CSP外形分為平面陣列端子型和周邊布置端子型兩大類。
在平面陣列端子型CSP中，目前世界上開發(fā)、應(yīng)用最廣泛的是FBGA或稱FLGA。EIAJ正在對端子間距小于0.8mm,外形尺寸4~21mm的這種超小型封裝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
CSP封裝現(xiàn)已用于內(nèi)存條和便攜電子產(chǎn)品，如數(shù)字電視、手機(jī)芯片、藍(lán)牙等新型產(chǎn)品中。
HIC失效類型及原因
為了生產(chǎn)可靠的混合微電路且具有高的成品率，對發(fā)生的任何失效都必須進(jìn)行分析，找出原因，進(jìn)行工藝改進(jìn)，防止失效再次發(fā)生。
混合微電路中的失效可以歸結(jié)為以下六類原因中的一個或多個：器件、線焊、芯片貼裝、基片、封裝、玷污。
由美國羅姆航空發(fā)展中心搜集的數(shù)據(jù)表明，有缺陷的有源器件、邊緣質(zhì)量的線焊和玷污是造成失效的主要原因。
金屬互連電遷移可靠性問題研究
電遷移現(xiàn)象是由于在電流作用下金屬中的原子定向遷移所致，是金屬互連中的原子受到運(yùn)動電子作用引起的物質(zhì)輸運(yùn)現(xiàn)象。
圖1 電遷移作用下金屬原子受力圖
SEM下Al電遷移損傷形貌
產(chǎn)生電遷移失效的內(nèi)因，是薄膜導(dǎo)體內(nèi)結(jié)構(gòu)的非均勻性，外因是電流密度。
由電遷移而引起的鋁導(dǎo)體的平均失效時間由black方程預(yù)測：
A為比例常數(shù)，J是電流密度，n是電流密度指數(shù)，EA是電遷移失效活化能。
電遷移傳統(tǒng)表征參量：
1）1968年，Rosenberg和Berenbau首次提出通過電阻測量研究電遷移過程 。
優(yōu)點(diǎn)：方法簡單，直觀明了。
缺點(diǎn)：需要較強(qiáng)的應(yīng)力與較長的應(yīng)力作 用時間；實(shí)驗對樣品具有不可逆的破壞性；電阻測量對溫度控制要求較高。
2）1976年，Celasce等人提出可通過噪聲測量來研究電遷移 。
Simoen等人通過老化試驗得出經(jīng)驗公式：
其中，TTF為樣品失效時間；<v²>為與電遷移相關(guān)的 1/f²噪聲電壓的均方值。
Feng等人指出1/fT噪聲與互連的普適電導(dǎo)波動（universal conductance fluctuation）密切相關(guān) 。
Satoshi等人認(rèn)為 噪聲對溫度的反應(yīng)比電阻更加敏感，他們測得鋁互連中 噪聲與溫度的關(guān)系,最低已可測至11k的溫度 。
Cottle等人指出 噪聲與電遷移關(guān)系密切,激活能值的不同反映了不同的電遷移機(jī)制 。
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（1）
電遷移空位聚集階段的電阻變化
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（2）
電遷移空位聚集階段的噪聲變化
相關(guān)積分的定義如下 ：設(shè)有時間序列為x1,x2,x3......xn測量時間
通過時間延遲，定義一個維數(shù)為m的嵌入空間的矢量：
那么相關(guān)積分表示為：
不難看出相關(guān)積分是在嵌入空間統(tǒng)計所有相互之間距離小于r的點(diǎn)的個數(shù)。
相關(guān)積分C(r)和r有如下冪函數(shù)的關(guān)系：
對于確定性信號，冪指數(shù)V(m)隨m的增加而趨于一個穩(wěn)定值，這個值與m無關(guān);
對于隨機(jī)信號，冪指數(shù)V(m)值將隨m值變化不會達(dá)到飽和，而有V(m)~m成正比關(guān)系 。
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（3）
電遷移空位聚集階段的相關(guān)積分變化
電遷移空位聚集階段失效機(jī)理分析
——晶界處空位濃度隨時間線性增加。
——空位濃度調(diào)制空位對電子的散射幾率
——空位濃度調(diào)制電子的遷移率
電遷移前期的電流噪聲是大量空位隨機(jī)散射過程產(chǎn)生的。
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（4）
空洞成核階段的電阻變化
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（5）
空洞成核階段的相關(guān)積分變化
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（6）
空洞成核階段失效機(jī)理分析
自由體積模型——
相關(guān)積分結(jié)果顯示信號具有確定性
空洞尺寸與介觀混沌腔尺寸同為微米量級
空洞與混沌腔進(jìn)行類比
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（7）
空洞成核階段的失效機(jī)理分析
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（9）
電遷移相關(guān)維數(shù)
重構(gòu)電遷移動力系統(tǒng)的空間維數(shù)最少為3維。
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（10）
蝴蝶效應(yīng)
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（11）
決定論性混沌的起源：
不是內(nèi)在隨機(jī)力，不是外在噪聲源，不是無窮大自由度相互作用，不是量子力學(xué)不確定性。而是非線性系統(tǒng)對于初始條件的敏感依賴性。
什么是決定論性混沌？
△ 決定論性規(guī)律所產(chǎn)生的隨機(jī)行為
△ 簡單的（非線性）規(guī)律反復(fù)作用后形成的不可預(yù)測結(jié)果。
△ 決定論性是指經(jīng)典軌道的存在性和唯一性。隨機(jī)性是指混沌軌道與擲錢幣一類隨機(jī)過程完全對應(yīng)。
△ 并不自相矛盾：在宏觀尺度上，我們的確生活在既是決定論性的又是隨機(jī)性的世界中。
老化實(shí)驗結(jié)果分析及機(jī)理探討（12）
電遷移信號相圖
來源：Internet
