IC-Substrat - Die Entwicklungsgeschichte der IC Chip Packaging Technologie

Die Kapselung ist für integrierte Schaltungschips notwendig, da der Chip von der Außenwelt isoliert werden muss, um Staub und Verunreinigungen in der Luft daran zu hindern, den Chipkreis zu korrodieren und

die elektrische Leistung verschlechtert oder sogar elektrische Funktionsstörungen verursacht. Verpackungen beziehen sich auch auf das Gehäuse, das zur Installation von Halbleiterchips für integrierte Schaltungen verwendet wird. Es spielt nicht nur die Rolle der Platzierung, Fixierung, Versiegelung, Schutz des Chips und Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, "es ist auch eine Brücke zwischen der inneren Welt des Chips und dem externen Schaltkreis-dem On-Chip.

Die Bondpunkte werden mit den Pins der Gehäuseschale durch Drähte verbunden, und diese Pins werden mit anderen Geräten durch Drähte auf der Leiterplatte verbunden. Darüber hinaus gibt es Standardspezifikationen für die Größe, Form, Anzahl der Stifte, Abstand und Länge des Pakets. Es ist nicht nur für die Verpackung und Verarbeitung von integrierten Schaltungen bequem, sondern auch für die Integration von integrierten Schaltungen und Leiterplatten, und die zugehörigen Produktionslinien und Produktionsanlagen sind universell. Dies ist sehr bequem für Verpackungsbenutzer, Leiterplattenhersteller und Halbleiterhersteller, und es ist einfach zu standardisieren.

Im Allgemeinen gibt es drei Hauptfunktionen der integrierten Schaltung Verpackung: 1.Physical Schutz; 2.Elektrische Verbindung; 3.Standardisierung.

Daher sollte das Paket starke mechanische Eigenschaften, Wärmeableitungseigenschaften und chemische Stabilität haben; gute elektrische Eigenschaften; Standardgröße und -form. Integrierte Schaltungen Verpackung schreiten mit der Entwicklung integrierter Schaltungen voran. Mit der kontinuierlichen Entwicklung verschiedener Branchen wie Militär, Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt und Maschinen entwickelt sich die ganze Maschine auch in Richtung Multifunktion und Miniaturisierung, die die Integration von integrierten Schaltungen erfordert. Höhere und höhere, immer komplexere Funktionen erfordern entsprechend immer größere Dichte der integrierten Schaltung Verpackung, höhere und höhere anwendbare Frequenz, bessere und bessere Temperaturbeständigkeit, mehr und mehr Leitungen und mehr und mehr Volumen Je kleiner das Gewicht, desto leichter das Gewicht.

Geschichte der IC-ChipverpackungVon den 1960er bis 1970er Jahren:Dual in-line (DIP)-VerpackungMit dem Aufkommen von IC basiert die Produktion der gesamten Maschine hauptsächlich auf diskreten Geräten, und IC wird ergänzt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die technische Nachfrage nur darin, stabilere Arbeit zu suchen, weil einerseits die Herstellung von IC-Chips noch in der Anfangsphase ist und das Integrationsniveau sehr niedrig ist; Andererseits wurde vom Elektronenrohr zum Transistor das Volumen der gesamten Maschine selbst stark reduziert, so dass keine IC-Verpackung mehr erforderlich ist. Daher wird in diesem Stadium das am einfachsten realisierbare Paket verwendet, das durch Dual-In-Line (DIP) repräsentiert wird, ergänzt durch Single-In-Line (SIP) und Pin-Grid-Array (PGA)-Pakete, die die Anforderungen an Leiterplatten (PCB) Wellenlötanlagen erfüllen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Lead Pitch etwa 2.54mm.

In den 1980er Jahren: Kunststoffgehäuse mit bleihaltigem Chipträger (PLCC), Quad Flat Package (QFP) KompaktpackungMit der Einführung der Oberflächenmontagetechnik (SMT) in 1978 wurde die Größe der gesamten Maschine reduziert und auch die Fläche der Leiterplatte reduziert. SMT-Technologie ist im Einklang mit dem Entwicklungstrend, und Reflow-Löten hat Wellenlöten ersetzt, was die Ausbeute von Leiterplatten weiter verbessert hat und auch neue Anforderungen an IC-Verpackungen gestellt hat. Die Entwicklung der IC-Chip-Fertigungstechnologie entspricht ihren Anforderungen. IC Packaging hat einen kunststoffgekapselten Bleichipträger (PLCC) mit einer Bleineigung von 1.27mm und einem Quad Flat Package (QFP) mit einer Bleineigung von 0.8-1.0mm entwickelt. Die kompakte Paketform, ergänzt durch kleine doppelte Inline (S-DIP), Pin Pitch 1.778mm, kleines Paket (SOP), Pin Pitch 1.778mm, Band Carrier automatisches Lötpaket (TAP), etc.,Paket. Die Form wird abwechslungsreich. Es gibt jedoch nur ein Ziel: die Fläche zu verkleinern, um dem Trend der Miniaturisierung, Verdünnung und Montageautomatisierung elektronischer Produkte gerecht zu werden.

Anfang und Mitte der 1990er Jahre: Small-Outline Package (SSOP), Small-Pitch Quad Flat Package (SQFP), Ball Grid Array (BGA)-PackageMit der rasanten Entwicklung der Computertechnologie hat die Computerindustrie, vertreten durch den Personal Computer (PC), eine rasante Entwicklung von 386 auf 486 bis 586 erlebt. Mit jeder Generation sind IC-Integration und Geschwindigkeit, die ihre Entwicklung unterstützen, einen Sprung gemacht. Einerseits werden Computer zu High-End-Arbeitsplätzen und Supercomputern erweitert; Auf der anderen Seite hat Microsoft insbesondere ein epochalisierendes Windows-Betriebssystem gestartet, das Computer von Experten zu Zivilisten und von Unternehmen zu Familien gemacht hat, wodurch die Computerindustrie Signifikante Veränderungen in Qualität und Quantität herbeigeführt hat. Zu diesem Zeitpunkt können die ursprünglichen PLCC, QFP und SOP ihre Entwicklungsanforderungen nicht mehr erfüllen. In der PCB SMT wird ein kleineres und dünneres Gehäuse eingeführt. Das Narrow-Pitch Small-Outline Paket (SSOP) wird mit einer Pin Pitch verwendet. 0.65mm, vierseitiges Blei-flaches Paket (SQFP), die Stiftneigung ist 0.65mm als repräsentative Paketform; Insbesondere wird die Gehäuseform des Kugelgitterrays (BGA) mit inneren Leitungen vorgeschlagen, und die typische BGA ist organisch ausgekleidet. Die Unterseite ersetzt den Führungsrahmen im traditionellen Gehäuse, was die IC-Lead-Out-Pins erheblich erhöht und es einfach macht, die ursprüngliche 400-polige QFP-Form des schwierigen SMT in der BGA zu implementieren, so dass die hohe Integrationsfunktion des IC-Chips in der Praxis angewendet werden kann.

Mitte bis Ende der 90erMit dem Aufstieg der IT-Industrie, dem Wohlstand der drahtlosen Kommunikation und dem Aufkommen von Multimedia ist die Informationsmenge auf globaler Ebene stark gestiegen. Der Austausch und die Übertragung von Informationen und Daten haben eine große Kapazität, Hochgeschwindigkeit und Digitalisierung erreicht, die die Entwicklung von Hochleistungs- und Hochleistungs-elektronischen Informationsgeräten gefördert hat. Die rasche Entwicklung der Integration und die hohe Zuverlässigkeit haben es der elektronischen Informationsindustrie ermöglicht, schnell zu wachsen; Die Schlüsseltechnologie ist die IC-Montagetechnologie, die IC-Verpackungen und PCB-SMT-Technologie umfasst. IC-Verpackung ist die Zelle der elektronischen Informationsausrüstung. In den letzten Jahren ist es in eine Phase der rasanten Entwicklung eingetreten, und immer wieder entstehen neue Verpackungsformen und erhalten Anwendungen. IC-Verpackung wird nicht nur als funktionale Manifestation des IC-Chips verwendet, sondern schützt auch den Chip; Gleichzeitig erfüllt es auch die ständig steigende Leistung, Zuverlässigkeit, Wärmeableitung und Stromverteilung zu bestimmten Kosten, einschließlich der folgenden Anforderungen: 1) Chipgeschwindigkeit und Die Zunahme der Verarbeitungsleistung erfordert mehr Pins, schnellere Taktfrequenzen und bessere Stromverteilung. 2) Mehr Funktionen, geringerer Stromverbrauch und kleinere Größe werden benötigt. 3) Machen Sie die zusammengebauten elektronischen Produkte dünner, leichter und kleiner. 4) Mehr im Einklang mit den Umweltschutzanforderungen. 5) Günstiger im Preis.

Entwicklung von IC-Verpackungen

Entwicklung von VerpackungsmaterialenVerpackungstechnologie hat einen enormen treibenden Effekt auf die Entwicklung von Verpackungsmaterialien. Die Entwicklung von Verpackungsmaterialien wiederum wird die Entwicklung der Verpackungstechnologie weiter vorantreiben. Die beiden fördern und beschränken sich gegenseitig. Verpackungsmaterialien zeigen in den letzten Jahren einen Trend des rasanten Wachstums. In 2003 erreichte der globale Gesamtumsatz von Verpackungsmaterialien 7,9 Milliarden US-Dollar, einschließlich 2 Milliarden US-Dollar für starre Verpackungssubstrate, 320 Millionen US-Dollar für duktile Polyimid (PI)-Substrate und TAB-Substrate sowie 2,62 Milliarden US-Dollar für Bleirahmen. USD, 1.28 Milliarden USD für Metallleitungen, 1.25 Milliarden USD für Formmasse, 240 Millionen USD für Patchkleber und 90 Millionen USD für Polyimidharz.

Flüssiges Epoxid-Verkapselungsmaterial ist 70-Millionen US-Dollar, flüssige Unterfüllung beträgt 40-Millionen US-Dollar und Mikrolötkugeln sind 60-Millionen US-Dollar. In 2008 erreichte der weltweite Umsatz von Verpackungsmaterialien zwölf Milliarden US-Dollar mit einer jährlichen Wachstumsrate von 20%.

Die aktuelle Situation und der Entwicklungstrend mehrerer Verpackungsmaterialien für integrierte Schaltkreise, die am engsten mit integrierten Schaltkreisen verbunden sind und gleichzeitig die kritischsten sind, werden nacheinander erläutert.

Epoxid Molding Compound (EMC)EMC nimmt aufgrund seiner geringen Kosten, seines einfachen Prozesses und seiner Eignung für die Großserienfertigung die Führung bei integrierten Schaltungen ein. Derzeit verwenden 97% der Verpackungen für integrierte Schaltkreise weltweit EMV. Mit der rasanten Entwicklung der integrierten Schaltungs- und Verpackungstechnik hat die EMV zunehmend ihre grundlegende und unterstützende Rolle unter Beweis gestellt.

Die technologische Entwicklung von Epoxidkunststoffverkapselungen zeigt folgende Trends:

1.Um den Anforderungen der Entwicklung von VLSIs in Richtung hoher Dichte und hoher I/O-Zahl gerecht zu werden, bewegt sie sich in Richtung einer Verpackungsform, die sich an hohe Dichte und hohe I/O-Zahl (wie BGA) anpasst. Richtungsentwicklung;

2.Um sich an die schnell wachsende Nachfrage nach tragbaren elektronischen Produkten anzupassen, die durch Mobiltelefone, Notebooks, Flachbildschirme usw. repräsentiert werden, um sich an Miniaturisierung, Dünnheit, asymmetrische und kostengünstige Verpackungsrichtungsentwicklung (CSP/QFN) anzupassen;

3.Um die Anforderungen des bleifreien Lots und des grünen Umweltschutzes zu erfüllen, die schnelle Entwicklung hin zu hoher Hitzebeständigkeit, bromfreier flammhemmender Richtung.

Mehrschichtiges Verpackungssubstrat mit hoher DichteDas mehrschichtige Verpackungssubstrat mit hoher Dichte dient hauptsächlich als elektrischer Übergang zwischen dem Halbleiterchip und der konventionellen Leiterplatte (PCB) und bietet gleichzeitig Schutz, Unterstützung und Wärmeableitung für den Chip. Verpackungssubstrate machen einen hohen Anteil der Herstellungskosten moderner Verpackungsgeräte auf Basis von BGA und CSP aus, die 40%-50% bzw. 70%-80% erreichen können.

Flüssiges Epoxid-Verpackungsmaterial Flüssiges Epoxid-Verpackungsmaterial ist das repräsentative Verpackungsmaterial der dritten revolutionären Veränderung in der mikroelektronischen Verpackungstechnologie. Es ist eines der wichtigsten Verpackungsmaterialien, die für BGA und CSP benötigt werden, hauptsächlich einschließlich flüssiger Epoxid-Unterfüllung für FC-BGA/CSP-Unterfüllung) und flüssiger Epoxid-Chip-Verkapselung (Encapsulants) 2 Kategorien.

Polymer photosensitive HarzPolymer photosensitive Harz umfasst hauptsächlich drei Arten: Polyimid photosensitive Harz (PSPI), BCB photosensitive Harz und Epoxid photosensitive Harz. Sie werden hauptsächlich im Kugelherstellungsprozess und im Mehrschichtaufbau (BUM) von BGA- und CSP-Chipoberflächenlötekugelarrays verwendet. Die Zwischenschichtisolierung der epitaktischen Signalleitung ist das Schlüsselverpackungsmaterial von BGA/CSP.

Elektrisch leitfähige/wärmeleitfähige KlebstoffHochleistungsleitfähige/wärmeleitfähige Klebstoffe umfassen hauptsächlich leitfähige Klebstoffe, wärmeleitfähige Klebstoffe usw. und werden hauptsächlich verwendet, um IC-Chips auf Bleirahmen oder Substraten zu kleben. Derzeit sind die häufigsten leitfähigen Klebstoffe und thermisch leitfähigen Klebstoffe auf dem Markt hauptsächlich Epoxidharz oder PolyurethanEster, Silikonharz usw. Matrixharze, gefüllt mit flockenleitfähigem Silberpulver (oder Aluminiumoxid, Siliziumnitrid usw.), und dann werden Härtungsmittel, Beschleuniger, Tensid, Kopplungsmittel usw. hinzugefügt, um die erforderliche umfassende Leistung zu erzielen. Zur gleichen Zeit kann Polyimid auch als Matrixharz verwendet werden, um die hohen Hitzebeständigkeitsanforderungen elektronischer Produkte zu erfüllen. Epoxidleitklebstoffe können in zwei Kategorien unterteilt werden: isotrope leitfähige Klebstoffe und anisotrope leitfähige Klebstoffe. Entsprechend der Zusammensetzung werden Epoxidleitkleber in zwei Formen unterteilt: Einkomponentig und Zweikomponentenkleber. Derzeit ist die Einzelkomponente die Hauptform.

Elektrostatische Behandlung von VerpackungssystemMit der Entwicklung der Mikron-, Sub-Mikron-, Tief-Sub-Mikron- und Nano-Level-IC-Technologie wird die innere Isolierschicht von integrierten Schaltungen dünner und dünner, und ihre antistatische Leistung wird immer schwächer, und Materialien, die Ladung erzeugen und akkumulieren (wie Kunststoffe, Gummi usw.) Die großflächige Verwendung von hochmolekularen organischen Stoffen) und der unzureichende elektrostatische Schutz während des Nutzungsprozesses haben zu immer ernsteren Schäden durch elektrostatische Entladung zu integrierten Schaltungen geführt. Daher ist es unerlässlich, relevante elektrostatische Schutzmaßnahmen zu formulieren. Elektrostatischer Schutz im integrierten Schaltkreis muss in Kombination mit vielen Faktoren wie Chipdesign, Waferverarbeitung und Verpackung berücksichtigt werden. Elektrostatische Entladung hat eine untrennbare Beziehung zu Leistung, Ausbeute und Zuverlässigkeit integrierter Schaltungen. Der Chip wird im Allgemeinen durch Stromklemmen-ESD-Schutzschaltungsstruktur, Stromschieber-ESD-Schutzschaltungsstruktur des Leistungsbusses und Stromschieber usw. unter Verwendung von semi-schwimmendem Tor, Vorschaltgerät, Substratkupplung und anderen Technologien entworfen, um den Stromkreis zu verbessern, um den Stromkreis während der elektrostatischen Entladung durchzuführen. Ähnlich sind die elektrostatischen Schutzmaßnahmen für die Wafer-Verarbeitung und die integrierte Schaltung-Verpackung. Elektrostatische Entladung kann integrierte Schaltkreise mit destruktivem, potenziellem und langsamem Ausfall beschädigen. Schaltungen, die während des Verpackungsprozesses vollständig abgebrochen und durch statische Elektrizität beschädigt werden, können während der Produktion oder Prüfung abgelehnt werden; Aber wenn sie nicht vollständig durch elektrostatische Entladung beschädigt werden Schaltungen haben potenzielle Zuverlässigkeitsrisiken. Auch mit anspruchsvollen Instrumenten lassen sich Leistungsänderungen nur schwer erkennen. Mit der Verwendung von Schaltkreisen vertiefen sich jedoch die kumulativen Schäden, die durch elektrostatische Entladung verursacht werden, und werden gravierend.

Verursacht einen Ausfall des Stromkreises. Daher ist ein effektiver elektrostatischer Systemschutz von großer Bedeutung, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Produktion und Herstellung von Verpackungslinien für integrierte Schaltkreise zu gewährleisten.

Das Kraterproblem des VerpackungssystemDer frühe Ausfall integrierter Schaltungen ist der Hauptfaktor, der die interne Qualität elektronischer Produkte und kompletter Maschinen beeinflusst. Es gibt verschiedene Formen des frühen Versagens, und der Chipoberflächenkrater ist ein Schlüsselfaktor. Wie wir alle wissen, besteht die Verpackung der integrierten Schaltung darin, den Chip und den Führungsrahmen durch Druckschweißen mit Drähten zu verbinden und ihn dann mit Kunststoffverkapselung einzukapseln, um Ausgang und Schutz für den integrierten Schaltungschip bereitzustellen, Schäden durch künstliche oder Umweltfaktoren zu vermeiden, um die Stabilität des integrierten Schaltkreises sicherzustellen, arbeiten zuverlässig. Krater ist ein Phänomen, bei dem die Aluminiumpolster-Aluminiumschicht und die darunterliegende Siliziumverbindung des Chips aufgrund verschiedener Faktoren beim Sammeln von Schaltungsverpackungen zerstört werden. Mit der schnellen Entwicklung der integrierten Schaltungsdesigntechnologie haben die Miniaturisierung und Multifunktionalisierung von Chips das Auftreten von mehrschichtigen Verdrahtungen im Design des Chips verursacht, und die Anzahl der Produkte mit Geräten und Schaltungen unter dem Aluminiumpad nimmt zu. Zur gleichen Zeit sind Kupferdrahttechnologie und Kugelpflanzung erschienen. Um die Zuverlässigkeit von Produkten zu verbessern, wird die Vermeidung von IC-Kratern und frühen Ausfällen unter den Anforderungen der Kunden an hochwertige und kostengünstige Produkte wie Verpackungstechnologien immer wichtiger.

Ausblick auf IC-Verpackungen

Aus technischer Sicht hat sich IC-Verpackung bisher von DIP zu WLPCSP und SOC entwickelt, was die Funktionsumwandlung von der Oberfläche zur inneren Schicht und den Fortschritt von einfach zu komplex realisiert hat. Zukünftige Verpackungstechnologie wird in die SMT- und IC-Chipherstellung integriert, die zwei Extreme für IC-Verpackungen haben wird.

1.Für komplexe und multifunktionale elektronische Geräte wird die Verpackung aufgrund der Notwendigkeit, eine multifunktionale Integration zu erreichen, komplexer, und die Integration von Technologien wird weiter intensiviert.

2.Als Ergebnis des SOC wird die Integration des Systems seine äußeren Manifestationen für elektronische Geräte mit gemeinsamen Funktionen vereinfachen. IC-Verpackungen werden immer noch bis zu einem gewissen Grad zurückkehren.

Aus der Perspektive der sozialen Bedürfnisse, von einfachen Radios über PCs bis hin zu heutigen komplexen Supercomputern, befindet sich die IT-Industrie im Aufstieg, und auch die Bedürfnisse der Gesellschaft werden polarisiert sein: 1. Senden Sie elektronische Geräte mit leistungsfähigeren und komplexeren öffentlichen IT, bauen Sie eine Brücke für die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Informationen. 2. Persönliche elektronische Konsumgüter, die auf die ultimative öffentliche Nachfrage abzielen, wie PCs, Mobiltelefone, elektronische Bürobedarf usw., entwickeln sich in Richtung Miniaturisierung und Individualisierung: Die Bedürfnisse der Gesellschaft werden sich auch in Richtung Diversifizierung und Ökologisierung erstrecken.

Aus den obigen Regeln kann man sehen, dass IC-Verpackungen einerseits auf ein höheres Niveau ausgedehnt werden: hohe Dichte, hohe Geschwindigkeit, hohe Zuverlässigkeit, Diversifizierung und Umweltschutz sind ihre Entwicklungstrends und der Mainstream in der Zukunft. Auf der anderen Seite werden einige Verpackungsformen, die im Entwicklungsprozess bestanden haben, für eine gewisse Zeit noch existieren: Denn mit der Zunahme der Integration und der Erweiterung der Funktionen kann die ursprüngliche ganze Maschine zu einem einzigen Chip, wie zum Beispiel dem Halbleiter zu Beginn, umgewandelt werden. Das Radio hat sich zu einem monolithischen Radio entwickelt, so klein, dass es ins Ohr passt.