Substrat IC - Sejarah pembangunan teknologi pakej cip IC

Encapsulasi diperlukan untuk cip sirkuit terintegrasi, kerana cip mesti terisolasi dari dunia luar untuk mencegah debu dan kemudahan di udara daripada menggoda sirkuit cip dan

menyebabkan kegagalan prestasi elektrik atau kegagalan fungsi elektrik. Pengepasan juga boleh dikatakan untuk merujuk ke rumah yang digunakan untuk memasang cip sirkuit setengah konduktor terintegrasi. Ia bukan sahaja bermain peran meletakkan, memperbaiki, mengunci, melindungi cip dan meningkatkan konduktiviti panas, ia juga jembatan antara dunia dalaman cip dan sirkuit luar pada cip.

Titik ikatan disambung ke pins shell pakej melalui wayar, dan pins ini disambung ke peranti lain melalui wayar pada papan sirkuit cetak. Selain itu, terdapat spesifikasi piawai bagi saiz, bentuk, bilangan pin, ruang, dan panjang pakej. Ia tidak hanya sesuai untuk pakej dan pemprosesan sirkuit terintegrasi, tetapi juga untuk integrasi sirkuit terintegrasi dan papan sirkuit cetak, dan garis produksi dan peralatan produksi yang berkaitan adalah universal. Ini sangat sesuai untuk pengguna pakej,penghasil papan sirkuit,dan penghasil setengah konduktor, dan ia mudah untuk dijandardizasi.

Secara umum, terdapat tiga fungsi utama pakej sirkuit terintegrasi: 1.Perlindungan fizik; 2.Sambungan listrik; 3.Standardisasi.

Oleh itu, pakej patut mempunyai sifat mekanik yang kuat,sifat penyebaran panas dan kestabilan kimia; sifat elektrik yang baik; saiz dan bentuk piawai. Pakej sirkuit terintegrasi sedang maju dengan pembangunan sirkuit terintegrasi. Dengan pembangunan terus menerus berbagai industri seperti tentera, aerospace, penerbangan, dan mesin, seluruh mesin juga berkembang dalam arah multi-fungsi dan miniaturizasi, yang memerlukan integrasi sirkuit terintegrasi. Fungsi yang lebih tinggi dan lebih tinggi, semakin kompleks, sesuai dengan itu memerlukan lebih dan lebih padat pakej sirkuit terintegrasi, frekuensi yang lebih tinggi dan lebih tinggi yang berlaku, lebih baik dan lebih baik kekebalan suhu, semakin banyak petunjuk, dan semakin banyak volum semakin kecil berat badan, semakin ringan berat badan.

Sejarah pakej cip IC Dari tahun 1960 hingga 1970:pakej dalam talian dua (DIP) Dengan muncul IC, produksi seluruh mesin berdasarkan peranti diskret, dan IC ditambah. Pada masa ini, permintaan teknikal hanya untuk mencari kerja yang lebih stabil. Kerana pada satu sisi, penghasilan cip IC masih dalam tahap awal, dan aras integrasi sangat rendah; di sisi lain, dari tabung elektron ke transistor, volum seluruh mesin sendiri telah dikurangkan, jadi tidak ada lagi keperluan untuk pakej IC. Oleh itu, pada tahap ini, pakej yang paling mudah ditentukan yang diwakili oleh dua dalam baris (DIP) digunakan, ditambah dengan pakej dalam baris tunggal (SIP) dan tata grid pin (PGA), yang memenuhi keperluan pengangkutan gelombang papan sirkuit (PCB). Pada masa ini, titik utama adalah kira-kira 2.54 mm.

Pada tahun 1980-an: pakej plastik dengan pembawa cip (PLCC), pakej kompat flat quad (QFP) Dengan perkenalan teknologi pegang permukaan (SMT) pada 1978, saiz seluruh mesin telah dikurangkan, dan kawasan papan sirkuit juga dikurangkan. Teknologi SMT sesuai dengan trend pembangunan, dan tentera reflow telah menggantikan tentera gelombang, yang telah memperbaiki lebih lanjut hasil PCB, dan juga telah meletakkan keperluan baru untuk pakej IC.

Awal dan tengah-1990-an: pakej garis luar kecil (SSOP), pakej flat quad sempit (SQFP), pakej tata grid bola (BGA) Dengan pembangunan cepat teknologi komputer, industri komputer yang mewakili oleh komputer peribadi (PC) telah mengalami pembangunan cepat dari 386 hingga 486 hingga 586. Dengan setiap generasi, integrasi IC dan kelajuan menyokong pembangunannya telah melompat langkah. . Pada satu sisi, komputer dilambangkan ke stesen kerja tinggi dan superkomputer; di sisi lain, Microsoft, terutama, telah meluncurkan sistem operasi Windows yang membuat epok, yang telah membuat komputer dari pakar kepada warga awam, dan dari perusahaan kepada keluarga, dengan membawa perubahan yang signifikan dalam kualiti dan kuantiti industri komputer. Pada masa ini, PLCC asal, QFP, dan SOP tidak lagi dapat memenuhi keperluan pembangunannya. Dalam SMT PCB, pakej yang lebih kecil dan lebih tipis diperkenalkan. Pakej garis luar-kecil (SSOP) yang sempit-pitch digunakan dengan pitch pin. 0.65mm, pakej lapisan lapisan empat sisi (SQFP), lapisan lapisan 0.65mm sebagai bentuk pakej mewakili; secara khusus, bentuk pakej tatasusunan grid bola (BGA) dengan petunjuk dalaman dicadangkan, dan BGA biasa diatur secara organik Bawah menggantikan bingkai pemimpin dalam pakej tradisional, yang meningkatkan banyak pin lead-out IC, dan memudahkan untuk melaksanakan bentuk QFP 400 pin asal SMT sukar dalam BGA, sehingga fungsi integrasi tinggi cip IC boleh dilaksanakan dalam praktek.

Tengah hingga akhir 1990 Dengan meningkat industri IT, kemakmuran komunikasi tanpa wayar, dan muncul multimedia, jumlah maklumat pada skala global telah meningkat dengan tajam. Penukaran dan penghantaran maklumat dan data telah mencapai kapasitas besar, kelajuan tinggi dan digitalisasi, yang telah mempromosikan pembangunan peralatan maklumat elektronik prestasi tinggi dan prestasi tinggi. Pembangunan cepat integrasi dan kepercayaan tinggi telah membolehkan industri maklumat elektronik tumbuh dengan cepat; menyokong pembangunannya dan teknologi kunci ialah teknologi pemasangan IC, yang termasuk pakej IC dan teknologi SMT PCB. pakej IC adalah sel peralatan maklumat elektronik. Dalam tahun-tahun terakhir, ia telah memasuki masa pembangunan cepat, dan bentuk pakej baru terus muncul dan mendapatkan aplikasi. pakej IC tidak hanya digunakan sebagai manifestasi fungsi cip IC, tetapi juga melindungi cip; pada masa yang sama, ia juga memenuhi prestasi yang semakin meningkat, kepercayaan, penyebaran panas, dan distribusi kuasa pada kos tertentu, termasuk keperluan berikut: 1) Kelajuan Chip dan peningkatan kuasa proses memerlukan lebih banyak pin, frekuensi jam yang lebih cepat dan distribusi kuasa yang lebih baik. 2) Lebih fungsi, konsumsi kuasa lebih rendah dan saiz lebih kecil diperlukan. 3) Jadikan produk elektronik terkumpul lebih ringan, lebih ringan dan lebih kecil. 4) Lebih sesuai dengan keperluan perlindungan persekitaran. 5) Lebih murah.

Tren pembangunan pakej IC

Pembangunan bahan pakej Teknologi pakej mempunyai kesan pemandu besar pada pembangunan bahan pakej. Sebaliknya, pembangunan bahan pakej akan mempromosikan pembangunan teknologi pakej. Kedua-duanya mempromosikan dan menghalang satu sama lain. Pada tahun-tahun terakhir, bahan pakej telah menunjukkan perkembangan yang cepat. Pada tahun 2003, jumlah jualan global bahan pakej mencapai 7.9 bilion dolar AS, termasuk 2 bilion dolar AS untuk substrat pakej yang ketat, 320 juta dolar AS untuk substrat poliimid ductile (PI) dan substrat ikatan automatik pita (TAB), dan 2.62 bilion dolar AS untuk bingkai utama. USD, 1.28 bilion USD untuk petunjuk logam, 1.25 bilion USD untuk komponen bentuk, 240 juta USD untuk lipatan, dan 90 juta USD untuk resin poliimid.

Material encapsulan epoksi cair adalah 70 juta dolar Amerika Syarikat, penyelesaian cair adalah 40 juta dolar Amerika Syarikat, dan bola tentera mikro adalah 60 juta dolar Amerika Syarikat. Pada tahun 2008, jualan dunia bahan pakej mencapai 12 bilion dolar Amerika Syarikat, dengan kadar pertumbuhan tahunan 20%.

Situasi semasa dan perkembangan beberapa bahan pakej sirkuit terintegrasi yang paling berkaitan dengan pakej sirkuit terintegrasi, dan paling kritikal pada masa yang sama, dikeluarkan satu per satu.

Pergabungan bentuk Epoxy (EMC)EMC mengambil pemimpin dalam bahan pakej sirkuit terintegrasi kerana biaya rendah, proses sederhana dan sesuai untuk produksi skala besar. Pada masa ini, 97% pakej sirkuit terintegrasi menggunakan EMC di seluruh dunia. Dengan pembangunan cepat litar integrasi dan teknologi pakej, EMC telah semakin menunjukkan peranan asasnya dan sokongan.

Pembangunan teknologi encapsulan plastik epoksi memperlihatkan trends berikut:

1.Untuk memenuhi keperluan pembangunan VLSI dalam arah densiti tinggi dan nombor I/O tinggi, ia bergerak ke arah bentuk pakej yang sesuai dengan densiti tinggi dan nombor I/O tinggi (seperti BGA). ) Pembangunan arah;

2. Untuk menyesuaikan kepada permintaan yang meningkat dengan cepat untuk produk elektronik portable yang diwakili oleh telefon bimbit, komputer notebook, paparan panel rata, dll., untuk menyesuaikan kepada pembangunan arah miniaturisasi, kurus, tidak simetrik, dan pakej kosong rendah (CSP/ QFN);

3.Untuk memenuhi keperluan prajurit bebas plum dan perlindungan persekitaran hijau, pembangunan cepat menuju perlindungan panas tinggi, arah penerbangan api bebas brom.

Substrat pakej berbilang lapisan densiti tinggiThe high-density multilayer packaging substrate mainly serves as an electric transition between the semiconductor chip and the conventional printed circuit board (PCB), and at the same time provides protection, support, and heat dissipation for the chip. Substrat pakej mengandungi nisbah yang tinggi dari biaya penghasilan peranti pakej maju berdasarkan BGA dan CSP, yang boleh mencapai 40%-50% dan 70%-80%, respectively.

Material pakej epoksi cairLiquid epoxy packaging material is the representative packaging material of the third revolutionary change in microelectronic packaging technology. Ia adalah salah satu bahan pakej kunci yang diperlukan untuk BGA dan CSP, terutama termasuk underfill epoksi cair untuk FC-BGA/CSP (Underfill) dan bahan encapsulating cip epoksi cair (Encapsulants) 2 kategori.

resin fotosensitif polimer Mereka terutama digunakan dalam proses pembuat bola dan pembangunan berbilang lapisan (BUM) bagi tata bola tentera permukaan chip BGA dan CSP. The interlayer insulation of the epitaxial signal line is the key packaging material of BGA/CSP.

Lekat konduktif secara elektrik/konduktif secara panas Lekat konduktif secara kuasa tinggi/konduktif secara panas mengandungi kelekat konduktif, kelekat konduktif secara panas, dll., dan terutamanya digunakan untuk melekat cip IC pada bingkai lead atau substrat. Pada masa ini, lipatan konduktif yang paling umum dan lipatan konduktif terma di pasar adalah terutama resin epoksi atau polyurethaneEster, resin silikon, dll. adalah resin matriks, diisi dengan serbuk perak konduktif flake (atau alumina, nitrid silikon, dll.), dan kemudian ejen penyembuhan, pemecut, permukaan aktif, ejen sambungan, dll. ditambah untuk mencapai prestasi yang diperlukan. Pada masa yang sama, untuk memenuhi keperluan tahan panas tinggi produk elektronik, poliimid juga boleh digunakan sebagai resin matriks. Lekat konduktif epoksi boleh dibahagi ke dua kategori: Lekat konduktif isotropik dan Lekat konduktif anisotropik. Menurut komposisi, lipatan konduktif epoksi dibahagi kepada dua bentuk: satu-komponen dan dua-komponen. Pada masa ini, komponen tunggal adalah bentuk utama.

Perubahan elektrostatik sistem pembekalan Dengan pembangunan teknologi micron, sub-micron, sub-micron dalam dan tahap-nano IC, lapisan isolasi dalaman sirkuit terintegrasi semakin kurus dan kurus, dan prestasinya antistatik semakin lemah dan lemah, dan bahan yang menghasilkan dan mengumpulkan muatan (seperti plastik, karet, dll.) Penggunaan skala besar bahan organik molekul tinggi) dan perlindungan elektrostatik yang tidak mencukupi semasa proses penggunaan telah menyebabkan kerosakan yang semakin serius dari pelepasan elektrostatik ke sirkuit terintegrasi. Oleh itu, penting untuk membentuk tindakan perlindungan elektrostatik yang relevan. Perlindungan elektrostatik sirkuit terintegrasi perlu dianggap dalam kombinasi dengan banyak faktor seperti rancangan cip, pemprosesan wafer, dan pakej. Pelepasan elektrostatik mempunyai hubungan yang tidak terpisah dengan prestasi sirkuit terpisah, hasil dan kepercayaan. Cip secara umum dirancang oleh struktur sirkuit perlindungan ESD, struktur sirkuit perlindungan ESD bus kuasa dan shunt semasa, dll., menggunakan pintu setengah-terapung, balas, sambungan substrat dan teknologi lain untuk meningkatkan sirkuit, supaya menjalankan sirkuit semasa pembuangan elektrostatik. Ukuran perlindungan elektrostatik untuk pemprosesan wafer dan garis proses pakej sirkuit terintegrasi adalah sama. Lepaskan elektrostatik boleh merusak litar terpisah dengan kegagalan yang menghancurkan, potensi dan perlahan. Rangkaian yang sepenuhnya rosak dan rosak oleh elektrik statik semasa proses pakej boleh ditolak semasa produksi atau ujian; Tetapi jika ia tidak rosak sepenuhnya oleh saluran discharge elektrostatik akan mempunyai bahaya kemungkinan kepercayaan. Ia sukar untuk mengesan perubahan dalam prestasi walaupun dengan instrumen yang canggih. Namun, dengan penggunaan sirkuit, kerosakan kumulatif disebabkan pelepasan elektrostatik mendalam dan menjadi serius.

Membuat sirkuit gagal. Oleh itu, perlindungan elektrostatik sistem yang efektif adalah sangat penting untuk memastikan kualiti dan kepercayaan produksi dan penghasilan garis pakej sirkuit terintegrasi.

Masalah krater sistem pembekalan Kegagalan awal sirkuit terintegrasi adalah faktor utama yang mempengaruhi kualiti dalaman produk elektronik dan mesin lengkap. Terdapat berbeza bentuk kegagalan awal, dan crater permukaan cip adalah faktor kunci. Seperti yang kita semua tahu, pakej sirkuit terintegrasi adalah untuk menyambungkan cip dan bingkai pemimpin dengan wayar melalui penyelamatan tekanan, dan kemudian mengumpulkannya dengan encapsulan plastik untuk menyediakan output dan perlindungan untuk sirkuit terintegrasi, menghindari kerosakan oleh faktor manusia atau persekitaran, untuk memastikan kestabilan sirkuit terintegrasi, bekerja dengan yakin. Crater adalah fenomena di mana lapisan aluminium pad dan komponen silikon di bawah cip dihancurkan disebabkan pelbagai faktor dalam proses mengumpulkan pakej sirkuit. Dengan pembangunan cepat teknologi rancangan sirkuit terintegrasi, miniaturisasi dan multi-fungsi cip telah menyebabkan penampilan wayar berbilang lapisan dalam rancangan cip, dan bilangan produk dengan peranti dan sirkuit di bawah pad aluminum meningkat. Pada masa yang sama, teknologi wayar tembaga dan tanaman bola telah muncul. Untuk meningkatkan kepercayaan produk, pencegahan krater IC dan kegagalan awal menjadi semakin penting di bawah keperluan pelanggan untuk produk berkualiti tinggi dan biaya rendah seperti teknologi pakej.

Kelihatan pakej IC

Dari perspektif teknikal, pakej IC telah berkembang dari DIP ke WLPCSP dan SOC sejauh ini, yang telah menyedari penukaran fungsi dari permukaan ke lapisan dalaman, dan kemajuan dari mudah ke kompleks. Teknologi pakej masa depan akan disintegrasikan dengan penghasilan cip SMT dan IC, yang akan mempunyai dua ekstrim untuk pakej IC.

1.Untuk peranti elektronik yang kompleks dan berfungsi berbilang, pakej akan menjadi lebih kompleks kerana perlukan untuk mencapai integrasi berfungsi berbilang, dan integrasi teknologi akan lebih kuat.

2.Sebagai hasil dari SOC, integrasi sistem akan membuat manifestasi luarnya lebih mudah untuk peranti elektronik dengan fungsi umum. Pakej IC masih akan dikembalikan ke tingkat tertentu.

Dari perspektif kebutuhan sosial, dari radio sederhana ke komputer komputer kompleks hari ini, industri IT berada dalam peningkatan, dan kebutuhan masyarakat juga akan polarizasi: 1. Menghantar peralatan elektronik dengan IT awam yang lebih kuat dan kompleks, membina jambatan untuk penghantaran kelajuan tinggi maklumat. 2. Produk konsumen elektronik peribadi yang sasarkan permintaan awam terbaik, seperti PC, telefon bimbit, bekalan pejabat elektronik, dll., sedang berkembang dalam arah miniaturisasi dan individualisasi: keperluan masyarakat juga akan berkembang dalam arah pelbagai pelbagai dan hijau.

Dari peraturan di atas, boleh dilihat bahawa pakej IC berkembang ke aras yang lebih tinggi pada satu sisi: densiti tinggi, kelajuan tinggi, kepercayaan tinggi, pelbagai pelbagai dan perlindungan persekitaran adalah trends pembangunan dan aliran utama di masa depan. Di sisi lain, beberapa bentuk pakej yang telah wujud dalam proses pembangunan akan masih wujud selama masa tertentu: kerana dengan meningkat integrasi dan meningkat fungsi, seluruh mesin asal boleh diubah menjadi cip tunggal, seperti semikonduktor pada permulaan. Radio telah berkembang menjadi radio monolitik, begitu kecil sehingga ia boleh muat ke telinga.