Substrato IC - La storia dello sviluppo della tecnologia di imballaggio del chip IC

L'incapsulamento è necessario per i chip del circuito integrato, perché il chip deve essere isolato dal mondo esterno per impedire la polvere e le impurità nell'aria di corrodere il circuito del chip e

causando un deterioramento delle prestazioni elettriche o addirittura un guasto delle funzioni elettriche. L'imballaggio può anche riferirsi all'alloggiamento utilizzato per installare chip a circuito integrato a semiconduttore. Non solo svolge il ruolo di posizionare, fissare, sigillare, proteggere il chip e migliorare la conducibilità termica, "è anche un ponte tra il mondo interno del chip e il circuito esterno-il chip.

I punti di incollaggio sono collegati ai pin del guscio del pacchetto attraverso cavi e questi pin sono collegati ad altri dispositivi attraverso cavi sul circuito stampato. Inoltre, ci sono specifiche standard per la dimensione, la forma, il numero di perni, la spaziatura e la lunghezza del pacchetto. Non è solo conveniente per l'imballaggio e l'elaborazione del circuito integrato, ma anche per l'integrazione dei circuiti integrati e dei circuiti stampati e le relative linee di produzione e attrezzature di produzione sono universali. Questo è molto conveniente per gli utenti di imballaggio, produttori di circuiti stampati e produttori di semiconduttori ed è facile da standardizzare.

In generale, ci sono tre funzioni principali dell'imballaggio integrato del circuito: 1. Protezione fisica; 2. Collegamento elettrico; 3.Standardizzazione.

Pertanto, il pacchetto dovrebbe avere forti proprietà meccaniche, proprietà di dissipazione del calore e stabilità chimica; buone proprietà elettriche; L'imballaggio dei circuiti integrati sta avanzando con lo sviluppo dei circuiti integrati. Con lo sviluppo continuo di varie industrie quali militari, aerospaziali, aerei e macchinari, l'intera macchina si sta sviluppando anche nella direzione della multifunzionalità e miniaturizzazione, che richiede l'integrazione dei circuiti integrati. Le funzioni sempre più alte, sempre più complesse, di conseguenza richiedono una densità sempre maggiore di imballaggio del circuito integrato, frequenza applicabile sempre più elevata, resistenza alla temperatura migliore e migliore, sempre più cavi e volume sempre più piccolo è il peso, più leggero è il peso.

Storia dell'imballaggio di chip IC Dagli anni '60 agli anni '70: imballaggio doppio in linea (DIP)Con l'emergere di IC, la produzione di tutta la macchina si basa principalmente su dispositivi discreti e IC è integrato. In questo momento, la domanda tecnica è solo quella di cercare un lavoro più stabile, perché da un lato, la produzione di chip IC è ancora nella fase iniziale e il livello di integrazione è molto basso; D'altra parte, dal tubo elettronico al transistor, il volume dell'intera macchina stessa è stato notevolmente ridotto, quindi non c'è più requisito per l'imballaggio IC. Pertanto, in questa fase, viene utilizzato il pacchetto più facilmente realizzato rappresentato da dual in-line (DIP), integrato da pacchetti single in-line (SIP) e pin grid array (PGA), che soddisfa le esigenze dei requisiti di assemblaggio di saldatura a onda del circuito stampato (PCB). In questo momento, il passo di piombo è di circa 2,54mm.

Negli anni '80: pacchetto di plastica con supporto di chip al piombo (PLCC), pacchetto compatto quad flat (QFP)Con l'introduzione della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) nel 1978, la dimensione dell'intera macchina è stata ridotta e anche l'area del circuito stampato è stata ridotta. La tecnologia SMT è in linea con la tendenza di sviluppo e la saldatura a riflusso ha sostituito la saldatura ad onda, che ha ulteriormente migliorato la resa dei PCB e ha anche presentato nuovi requisiti per l'imballaggio IC. Lo sviluppo della tecnologia di produzione di chip IC si conforma ai suoi requisiti. Il packaging IC ha sviluppato un supporto di chip al piombo incapsulato in plastica (PLCC) con un passo di piombo di 1,27mm e un pacchetto piatto quad (QFP) con un passo di piombo di 0,8-1,0mm. La forma compatta del pacchetto, integrata da piccolo doppio in linea (S-DIP), passo del perno 1.778 mm, piccolo pacchetto (SOP), passo del perno 1.778 mm, pacchetto di saldatura automatica del supporto del nastro (TAP), ecc., pacchetto. La forma si sta diversificando. Tuttavia, c'è un solo obiettivo: ridurre l'area, rispettare la tendenza della miniaturizzazione, del diradamento e dell'automazione del montaggio dei prodotti elettronici.

Inizio e metà degli anni '90: pacchetto small-outline (SSOP), pacchetto small-pitch quad flat (SQFP), pacchetto ball grid array (BGA)Con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, l'industria informatica rappresentata dal personal computer (PC) ha sperimentato uno sviluppo rapido da 386 a 486 a 586. Con ogni generazione, l'integrazione IC e la velocità a supporto del suo sviluppo hanno fatto un passo avanti. Da un lato, i computer sono estesi alle stazioni di lavoro e ai supercomputer di fascia alta; D'altra parte, Microsoft, in particolare, ha lanciato un sistema operativo Windows epocale, che ha fatto computer da esperti a civili, e da imprese a famiglie, portando così all'industria informatica cambiamenti significativi in qualità e quantità. In questo momento, il PLCC originale, QFP e SOP non possono più soddisfare i suoi requisiti di sviluppo. Nel PCB SMT, viene introdotto un pacchetto più piccolo e sottile. Il pacchetto small-outline a passo stretto (SSOP) viene utilizzato con un passo pin. 0.65mm, pacchetto piatto a quattro lati del piombo a passo stretto (SQFP), il passo del perno è di 0.65mm come forma rappresentativa del pacchetto; In particolare, viene proposta la forma del pacchetto della griglia a sfera (BGA) con i cavi interni e il tipico BGA è allineato organicamente Il fondo sostituisce il telaio di piombo nel pacchetto tradizionale, che aumenta notevolmente i perni di piombo IC e rende facile implementare la forma QFP originale a 400 pin del difficile SMT nel BGA, in modo che l'alta funzione di integrazione del chip IC possa essere applicata nella pratica.

Verso la fine degli 1990Con l'ascesa del settore IT, la prosperità delle comunicazioni wireless e l'emergere dei multimedia, la quantità di informazioni su scala globale è aumentata notevolmente. Lo scambio e la trasmissione di informazioni e dati hanno raggiunto una grande capacità, alta velocità e digitalizzazione, che ha promosso lo sviluppo di apparecchiature informatiche ad alte prestazioni e ad alte prestazioni. Il rapido sviluppo dell'integrazione e l'elevata affidabilità hanno permesso all'industria dell'informazione elettronica di crescere rapidamente; supportando il suo sviluppo e la tecnologia chiave è la tecnologia di assemblaggio IC, che include l'imballaggio IC e la tecnologia PCB SMT. L'imballaggio IC è la cella dell'apparecchiatura elettronica di informazione. Negli ultimi anni è entrata in un periodo di rapido sviluppo, e nuove forme di imballaggio continuano ad emergere e ottenere applicazioni. L'imballaggio IC non è solo utilizzato come manifestazione funzionale del chip IC, ma protegge anche il chip; Allo stesso tempo, soddisfa anche le prestazioni sempre crescenti, l'affidabilità, la dissipazione del calore e la distribuzione di energia ad un certo costo, compresi i seguenti requisiti: 1) velocità del chip e l'aumento della potenza di elaborazione richiede più pin, frequenze di clock più veloci e migliore distribuzione di energia. 2) Più funzioni, consumo energetico più basso e dimensioni più piccole sono richieste. 3) Rendere i prodotti elettronici assemblati più sottili, più leggeri e più piccoli. 4) Più in linea con i requisiti di protezione ambientale. 5) Più economico nel prezzo.

Tendenze di sviluppo degli imballaggi IC

Sviluppo di materiali di imballaggio La tecnologia di imballaggio ha un enorme effetto trainante sullo sviluppo di materiali di imballaggio. A sua volta, lo sviluppo dei materiali di imballaggio promuoverà ulteriormente lo sviluppo della tecnologia di imballaggio. I due si promuovono e si limitano a vicenda. Negli ultimi anni, i materiali da imballaggio hanno mostrato una tendenza di rapida crescita. Nel 2003, le vendite globali totali di materiali da imballaggio hanno raggiunto 7,9 miliardi di dollari USA, tra cui 2 miliardi di dollari USA per substrati di imballaggio rigido, 320 milioni di dollari USA per substrati di poliimide duttile (PI) e substrati di tape automatized bonding (TAB) e 2,62 miliardi di dollari USA per telai in piombo. USD, 1,28 miliardi di dollari per cavi metallici, 1,25 miliardi di dollari per il composto di stampaggio, 240 milioni di dollari per adesivo patch e 90 milioni di dollari per resina poliimidica.

Il materiale dell'incapsulante epossidico liquido è di 70 milioni di dollari USA, il sottoriempimento liquido è di 40 milioni di dollari USA e le micro sfere di saldatura sono di 60 milioni di dollari USA. Nel 2008, le vendite globali di materiali da imballaggio hanno raggiunto i 12 miliardi di dollari USA, con un tasso di crescita annuo del 20%.

La situazione attuale e la tendenza di sviluppo di diversi materiali di imballaggio a circuito integrato che sono più strettamente correlati all'imballaggio a circuito integrato e sono i più critici allo stesso tempo, sono illustrati uno per uno.

Il composto di stampaggio epossidico (EMC)EMC è leader nei materiali di imballaggio a circuito integrato grazie al suo basso costo, processo semplice e adatto per la produzione su larga scala. Attualmente, il 97% degli imballaggi a circuito integrato in tutto il mondo utilizza EMC. Con il rapido sviluppo di circuiti integrati e tecnologie di imballaggio, EMC ha sempre più dimostrato il suo ruolo fondamentale e di supporto.

Lo sviluppo tecnologico degli incapsulanti in plastica epossidica presenta le seguenti tendenze:

1.Per soddisfare le esigenze dello sviluppo di VLSI nella direzione di alta densità e numero di I/O elevato, si sta muovendo verso una forma di imballaggio che si adatta ad alta densità e ad alto numero di I/O (come BGA).) Sviluppo della direzione;

2. Per adattarsi alla domanda in rapida crescita di prodotti elettronici portatili rappresentati da telefoni cellulari, computer portatili, display a schermo piatto, ecc., per adattarsi alla miniaturizzazione, sottigliezza, asimmetrica e a basso costo imballaggio (CSP / QFN) sviluppo di direzione;

3. Per soddisfare i requisiti della saldatura senza piombo e della protezione ambientale verde, lo sviluppo rapido verso alta resistenza al calore, direzione ignifuga senza bromo.

Substrato di imballaggio multistrato ad alta densità Il substrato di imballaggio multistrato ad alta densità serve principalmente come transizione elettrica tra il chip a semiconduttore e il circuito stampato convenzionale (PCB), e allo stesso tempo fornisce protezione, supporto e dissipazione del calore per il chip. I substrati di imballaggio rappresentano un'alta percentuale del costo di produzione di dispositivi di imballaggio avanzati basati su BGA e CSP, che possono raggiungere rispettivamente il 40%-50% e il 70%-80%.

Materiale da imballaggio epossidico liquidaMateriale da imballaggio epossidico liquido è il materiale da imballaggio rappresentativo del terzo cambiamento rivoluzionario nella tecnologia di imballaggio microelettronica. È uno dei materiali di imballaggio chiave richiesti per BGA e CSP, compreso principalmente il sottoriempimento epossidico liquido per FC-BGA/CSP (Underfill) e il materiale di incapsulamento di chip epossidici liquidi (Encapsulants) 2 categorie.

Resina fotosensibile polimerica La resina fotosensibile polimerica comprende principalmente tre tipi: resina fotosensibile poliimidica (PSPI), resina fotosensibile BCB e resina fotosensibile epossidica. Pricipalmente sono utilizzati nel processo di fabbricazione della palla e nell'accumulazione multistrato (BUM) di matrici di sfere di saldatura della superficie del chip BGA e CSP. L'isolamento intercalare della linea di segnale epitassiale è il materiale di imballaggio chiave di BGA/CSP.

Adesivi conduttivi elettricamente / termicamente conduttivi Adesivi conduttivi / termicamente conduttivi ad alte prestazioni includono principalmente adesivi conduttivi, adesivi termicamente conduttivi, ecc. e sono utilizzati principalmente per incollare chip IC su telai o substrati di piombo. Allo stato attuale, gli adesivi conduttivi più comuni e gli adesivi termicamente conduttivi sul mercato sono principalmente resina epossidica o poliuretanicaEster, resina siliconica, ecc. sono resine matrici, riempite con polvere d'argento conduttiva a scaglie (o allumina, nitruro di silicio, ecc.), e quindi agente indurente, acceleratore, tensioattivo, agente di accoppiamento, ecc. sono aggiunti per raggiungere la prestazione completa richiesta. Allo stesso tempo, al fine di soddisfare gli elevati requisiti di resistenza al calore dei prodotti elettronici, la poliimide può anche essere utilizzata come resina matrice. Gli adesivi conduttivi epossidici possono essere suddivisi in due categorie: adesivi conduttivi isotropici e adesivi conduttivi anisotropi. Secondo la composizione, gli adesivi epossidici conduttivi sono divisi in due forme: monocomponente e bicomponente. Attualmente, monocomponente è la forma principale.

Trattamento elettrostatico del sistema di imballaggio Con lo sviluppo della tecnologia IC di micron, sub-micron, sub-micron profondo e nano-livello, lo strato isolante interno dei circuiti integrati sta diventando sempre più sottile e le sue prestazioni antistatiche stanno diventando sempre più deboli e materiali che generano e accumulano carica (come plastica, gomma, ecc.) L'uso su larga scala di materia organica ad alta molecola) e l'insufficiente protezione elettrostatica durante il processo di utilizzo hanno portato a danni sempre più gravi dalla scarica elettrostatica ai circuiti integrati. Pertanto, è imperativo formulare misure di protezione elettrostatica pertinenti. La protezione elettrostatica integrata del circuito deve essere considerata in combinazione con molti fattori come la progettazione del chip, la lavorazione del wafer e l'imballaggio. La scarica elettrostatica ha un rapporto inseparabile con le prestazioni, la resa e l'affidabilità del circuito integrato. Il chip è generalmente progettato dalla struttura del circuito di protezione ESD del morsetto di potere, dalla struttura del circuito di protezione ESD del bus di potere e dallo shunt di corrente, ecc., facendo uso del cancello semi-galleggiante, del ballast, dell'accoppiamento del substrato e di altre tecnologie per migliorare il circuito, in modo da eseguire il circuito durante la scarica elettrostatica. Le misure di protezione elettrostatica per la lavorazione dei wafer e le linee di processo di confezionamento a circuito integrato sono simili. La scarica elettrostatica può danneggiare i circuiti integrati con guasti distruttivi, potenziali e lenti. I circuiti completamente rotti e danneggiati dall'elettricità statica durante il processo di confezionamento possono essere rifiutati durante la produzione o il collaudo; ma se non sono completamente danneggiati da scarica elettrostatica i circuiti avranno potenziali rischi di affidabilità. È difficile rilevare cambiamenti nelle prestazioni anche con strumenti sofisticati. Tuttavia, con l'uso di circuiti, il danno cumulativo causato dalla scarica elettrostatica si approfondisce e diventa grave.

Fa fallire il circuito. Pertanto, un'efficace protezione elettrostatica del sistema è di grande importanza per garantire la qualità e l'affidabilità della produzione e produzione di linee di imballaggio a circuito integrato.

Il problema del cratere del sistema di imballaggio Il guasto precoce dei circuiti integrati è il fattore principale che influisce sulla qualità interna dei prodotti elettronici e delle macchine complete. Ci sono varie forme di guasto precoce e il cratere superficiale del chip è un fattore chiave. Come tutti sappiamo, l'imballaggio del circuito integrato consiste nel collegare il chip e la struttura del piombo con i fili attraverso la saldatura a pressione e quindi incapsularlo con incapsulante di plastica per fornire uscita e protezione per il chip del circuito integrato, evitare danni da fattori artificiali o ambientali, in modo da garantire la stabilità del circuito integrato, lavorare in modo affidabile. Crater è un fenomeno in cui lo strato di alluminio pad e il composto di silicio sottostante del chip vengono distrutti a causa di vari fattori nel processo di raccolta dell'imballaggio del circuito. Con il rapido sviluppo della tecnologia di progettazione del circuito integrato, la miniaturizzazione e la multifunzionalizzazione dei chip hanno causato la comparsa di cablaggio multistrato nella progettazione del chip e il numero di prodotti con dispositivi e circuiti sotto il pad di alluminio sta aumentando. Allo stesso tempo, sono apparse la tecnologia del filo di rame e la piantagione di sfere. Al fine di migliorare l'affidabilità dei prodotti, la prevenzione dei crateri IC e dei guasti precoci diventa sempre più importante sotto le esigenze dei clienti per prodotti di alta qualità e a basso costo come le tecnologie di imballaggio.

Prospettive degli imballaggi IC

Dal punto di vista tecnico, il packaging IC si è finora sviluppato da DIP a WLPCSP e SOC, che ha realizzato la conversione della funzione dalla superficie allo strato interno, e il progresso da semplice a complesso. La futura tecnologia di imballaggio sarà integrata con la produzione di chip SMT e IC, che avrà due estremi per l'imballaggio IC.

1.Per i dispositivi elettronici complessi e multifunzionali, l'imballaggio diventerà più complesso a causa della necessità di realizzare un'integrazione multifunzionale e l'integrazione delle tecnologie sarà ulteriormente intensificata.

2.Come risultato del SOC, l'integrazione del sistema renderà le sue manifestazioni esterne più semplici per i dispositivi elettronici con funzioni comuni. L'imballaggio IC tornerà ancora in una certa misura.

Dal punto di vista dei bisogni sociali, dalle semplici radio ai PC ai complessi supercomputer di oggi, l'industria informatica è in ascesa, e anche i bisogni della società saranno polarizzati: 1. Trasmettere apparecchiature elettroniche con IT pubblico più potente e complesso, costruire un ponte per la trasmissione ad alta velocità di informazioni. 2. I prodotti di consumo elettronici personali che mirano alla domanda pubblica finale, come PC, telefoni cellulari, forniture elettroniche per ufficio, ecc., si stanno sviluppando nella direzione della miniaturizzazione e dell'individualizzazione: le esigenze della società si estenderanno anche nella direzione della diversificazione e dell'ecologizzazione.

Dalle regole di cui sopra, si può vedere che gli imballaggi IC si estendono ad un livello più elevato da un lato: alta densità, alta velocità, alta affidabilità, diversificazione e protezione dell'ambiente sono le sue tendenze di sviluppo e il mainstream in futuro. D'altra parte, alcune forme di imballaggio esistenti nel processo di sviluppo esisteranno ancora per un certo periodo di tempo: perché con l'aumento dell'integrazione e il potenziamento delle funzioni, l'intera macchina originale può essere trasformata in un unico chip, come il semiconduttore all'inizio. La radio si è sviluppata in una radio monolitica, così piccola da poter entrare nell'orecchio.