Микросхемы интегральных схем должны быть инкапсулированы, потому что чипы должны быть изолированы от внешнего мира, чтобы предотвратить пыль и примеси в воздухе от коррозии микросхем
Это приводит к снижению электрических характеристик и даже к сбоям в электрических функциях. Корпус также может относиться к корпусу, используемому для установки полупроводниковых интегральных микросхем. Он не только играет роль размещения, фиксации, уплотнения, защиты чипа и повышения теплопроводности, но и является мостом между внутренним миром чипа и внешними схемами на чипе.
Точки соединения соединяются проводами к выводам корпуса, которые соединяются с другими устройствами через провода на печатных платах. Кроме того, существуют стандартные нормы по размеру, форме, количеству выводов, расстоянию и длине упаковки. Это не только облегчает упаковку и обработку интегральных схем, но и облегчает интеграцию интегральных схем и печатных плат, а соответствующие производственные линии и производственное оборудование являются общими. Это очень удобно для пользователей упаковки, производителей плат и производителей полупроводников и легко стандартизируется.
В общем, упаковка ИС имеет три основные функции: 1. физическая защита; 2. Электрические соединения; 3. Стандартизация.
Поэтому упаковка должна обладать сильными механическими свойствами, теплоотводящими свойствами и химической стабильностью; Хорошие электрические свойства; Пакет интегральных схем постоянно совершенствуется с развитием интегральных схем. При непрерывном развитии различных отраслей промышленности, таких как военная промышленность, аэрокосмическая промышленность, авиация и машиностроение, вся машина также развивается в направлении многофункциональности и миниатюризации, что требует интеграции интегральных схем. Все выше и выше, функция становится все более сложной, соответственно, требуется все больше и больше плотности упаковки интегральных схем, все более высокая применимая частота, все лучшая термостойкость, все больше и больше проводов, все больше и больше объема. Чем меньше вес, тем легче вес.
История упаковки чипов IC с 1960 - х по 1970 - е годы: двухрядная прямая (DIP) упаковка с появлением IC, производство всей машины в основном состоит из дискретных устройств, дополненных IC. На данный момент технологические потребности просто ищут более стабильную работу, потому что, с одной стороны, производство чипов IC все еще находится в зачаточном состоянии, степень интеграции очень низкая; С другой стороны, от ламп до транзисторов объем самой машины значительно уменьшается, поэтому нет больше требований к упаковке IC. Таким образом, на этом этапе используется наиболее достижимая упаковка, представленная двухрядной прямой вставкой (DIP), дополненная однорядной прямой вставкой (SIP) и сеточной решеткой выводов (PGA) для удовлетворения требований сборки волновой сварки плат (PCB). На данный момент расстояние между проводами составляет около 2,54 мм.
1980 - е годы: Пластиковое инкапсуляция (PLCC) с носителем чипа для проводов, четырехстороннее плоское инкапсуляция (QFP) компактное инкапсуляция с внедрением технологии поверхностного монтажа (SMT) в 1978 году, размер всей машины уменьшается, площадь платы также уменьшается. Технология SMT соответствует тенденции развития, обратная сварка заменяет волновую сварку, что еще больше повышает хорошую скорость PCB, а также предъявляет новые требования к упаковке IC. Технология производства чипов IC соответствует ее требованиям. Корпус IC разработал пластиковый инкапсуляционный чип - носитель с интервалом между выводами 1,27 мм (PLCC) и четырехсторонний плоский инкапсулятор (QFP) с интервалом между выводами 0,8 - 1,0 мм. Компактная форма упаковки, дополненная малой двухрядной прямой вставкой (S - DIP), расстоянием между выводами 1778mm, малой упаковкой (SOP), интервалом между выводами 1778mm и автоматической сваркой ленты (TAP) и другими упаковками. Формы становятся разнообразными. Однако есть только одна цель - уменьшить площадь, чтобы соответствовать тенденции к миниатюризации, тонкой формации и автоматизации сборки электронных изделий.
Начало и середина 1990 - х годов: компактная малогабаритная упаковка с узким интервалом (SSOP), плоская четырехугольная упаковка с узким интервалом (SQFP), упаковка с сферической решеткой (BGA) с быстрым развитием компьютерных технологий, компьютерная индустрия, представленная персональными компьютерами (PC), испытала быстрое развитие от 386 до 486 до 586. Каждое поколение, степень интеграции IC и скорость, с которой она поддерживается, пересекают один шаг. С одной стороны, компьютеры распространяются на высокопроизводительные рабочие станции и суперкомпьютеры; С другой стороны, в частности, Microsoft представила эпохальную операционную систему Windows, которая позволила компьютерам перейти от специалистов к гражданским лицам, от бизнеса к дому, что привело к значительным качественным и количественным изменениям в компьютерной индустрии. В настоящее время PLCC, QFP и SOP не могут удовлетворить свои потребности в развитии. В PCB SMT вводятся более мелкие и тонкие упаковки. Малогабаритная упаковка с узким интервалом (SSOP) используется вместе с расстоянием между выводами. 0,65 мм, плоское уплотнение четырехсторонних выводов с узким интервалом (SQFP), расстояние между выводами 0,65 мм в качестве репрезентативной формы упаковки; В частности, была предложена форма упаковки шаровой решетки с внутренними выводами (BGA), типичная BGA органически устроена. Нижняя часть заменяет рамку выводов в традиционной упаковке, значительно увеличивая вывод IC, что облегчает реализацию сложной SMT в BGA оригинальной 400 - контактной формы QFP, что позволяет применять на практике функции высокой интеграции чипов IC.
В середине и конце 1990 - х годов, с ростом ИТ - индустрии, процветанием беспроводной связи и появлением мультимедиа, объем информации во всем мире резко возрос. Обмен и передача информации и данных обеспечивают большую пропускную способность, высокую скорость и оцифровку, что способствует развитию высокопроизводительных и высокопроизводительных электронных информационных устройств. Быстрое развитие интеграции и высокой надежности привело к быстрому развитию электронной информационной индустрии; Ключевыми технологиями, лежащими в основе его разработки, являются технологии сборки IC, включая упаковку IC и технологию PCB SMT. Пакет IC - это блок электронного информационного оборудования. В последние годы он вступил в период быстрого развития, новые формы упаковки постоянно появляются и применяются. инкапсуляция IC - это не только функциональное проявление чипа IC, но и защита чипа; В то же время он также удовлетворяет растущие потребности в производительности, надежности, охлаждении и распределении электроэнергии с определенной стоимостью, включая следующие требования: 1) Увеличение скорости чипа и пропускной способности требует большего количества выводов, более быстрых тактовых частот и лучшего распределения электроэнергии. 2) Требуется больше функций, меньшее энергопотребление и меньшие размеры. 3) Сделать собранную электронику тоньше, легче и меньше. 4) Более соответствует экологическим требованиям. 5) Цены дешевле.
Тенденции развития упаковки IC
Технология упаковки оказывает огромное влияние на развитие упаковочных материалов. В свою очередь, развитие упаковочных материалов будет способствовать дальнейшему развитию технологии упаковки. Они взаимно усиливают друг друга и взаимно ограничивают друг друга. В последние годы упаковочные материалы демонстрируют тенденцию к быстрому росту. В 2003 году общий объем продаж упаковочных материалов в мире достиг 7,9 млрд. долларов США, в том числе 2 млрд. долларов США для жестких упаковочных подложек, 320 млн. долларов США для растягивающих полиамидных (PI) подложек и ленточных автоматических соединительных (TAB) подложек и 2,62 млрд. долларов США для рамы выводов. Среди них, металлические провода 1,28 миллиарда долларов США, модельный пластик 1,25 миллиарда долларов США, пластмассовый клей 240 миллионов долларов США, полиамидная смола 90 миллионов долларов США.
Жидкие эпоксидные упаковочные материалы 70 млн. долл. США, жидкие донные заряды 40 млн. долл. США и микросварочные шары 60 млн. долл. США. В 2008 году глобальные продажи упаковочных материалов достигли 12 миллиардов долларов США, а ежегодный рост составил 20%.
Один за другим описывает статус и тенденции развития нескольких упаковочных материалов ИС, которые наиболее тесно связаны с инкапсуляцией интегральных схем, но также являются наиболее важными.
Оксидные пластмассы (EMC) EMC лидируют в области упаковочных материалов для интегральных схем из - за их низкой стоимости, простой технологии и пригодности для массового производства. В настоящее время 97% упаковки интегральных схем в мире использует EMC. С быстрым развитием интегральных схем и технологий инкапсуляции EMC все чаще демонстрирует свою фундаментальную и поддерживающую роль.
Техническое развитие эпоксидных пластмассовых герметиков характеризуется следующими тенденциями:
Чтобы удовлетворить потребность в развитии VLSI в направлении высокой плотности и высоких чисел ввода / вывода, он движется в направлении формы упаковки (например, BGA), которая адаптируется к высокой плотности и высоким числам ввода / вывода. Развитие направления;
2. Для удовлетворения быстро растущего спроса на портативную электронику, представленную мобильными телефонами, ноутбуками, планшетными дисплеями и т. Д. Адаптироваться к развитию в направлении миниатюризации, тонкой формы, асимметрии, недорогой упаковки (CSP / QFN);
3. Стремительно продвигаться в направлении высокой термостойкости, безбромированной огнестойкости, с тем чтобы соответствовать требованиям к неэтилированным сварным материалам и экологичности.
Многоуровневая упаковочная база высокой плотности, многослойная упаковочная база высокой плотности, в основном используется для электрического перехода между полупроводниковыми чипами и традиционными печатными платами (PCB), обеспечивая защиту, поддержку и охлаждение чипов. Упакованные подложки составляют значительную долю затрат на производство современных упаковочных устройств на основе BGA и CSP, достигая 40 - 50% и 70 - 80% соответственно.
Жидкие эпоксидные упаковочные материалы являются репрезентативными упаковочными материалами третьего революционного изменения в технологии микроэлектронной упаковки. Это один из ключевых упаковочных материалов, необходимых для BGA и CSP, в основном состоящий из жидких эпоксидных донных наполнителей (underfill) FC - BGA / CSP и материалов для упаковки жидких эпоксидных чипов (Encapsulants) класса 2.
Полимерные фоточувствительные смолы полимерные фоточувствительные смолы в основном состоят из трех типов: полиамидные фоточувствительные смолы (PSPI), BCB фоточувствительные смолы и эпоксидные фоточувствительные смолы. Они в основном используются в процессе производства шаров и многослойной аккумуляции (BUM) поверхностных сварных шаровых массивов чипов BGA и CSP. Межслойная изоляция основной эпитаксиальной сигнальной линии упаковки является ключевым упаковочным материалом BGA / CSP.
Высокопроводящий / теплопроводный клей Высокопроводящий / теплопроводный клей в основном включает в себя проводящий клей, теплопроводный клей и т. Д., В основном используется для вставки чипа IC на раму провода или фундамент. В настоящее время наиболее распространенными проводящими и теплопроводными клеями на рынке являются эпоксидная смола или полиуретан, силиконовая смола и другие основные смолы, заполненные пластинчатым проводящим серебром порошком (или оксидом алюминия, нитридом кремния и т. Д.), а затем добавляются отвердители, ускорители, поверхностно - активные вещества, соединители и т. Д. Для достижения требуемой общей производительности. В то же время, чтобы соответствовать требованиям высокой термостойкости электронных продуктов, полиамид также может использоваться в качестве матричной смолы. Оксидный проводящий клей можно разделить на две категории: изотропный проводящий клей и анизотропный проводящий клей. В зависимости от состава эпоксидный проводящий клей делится на две формы: одну и две. В настоящее время один компонент является основной формой.
Статическая обработка системы упаковки с развитием микронной, субмикронной, глубокой субмикронной и нанометровой интегральной технологии, внутренняя изоляция интегральной схемы становится все тоньше и тоньше, ее антистатические свойства становятся все слабее и слабее, крупномасштабное использование материалов, генерирующих и накапливающих заряд (таких как пластмассы, резина и т. Д.), а также недостаточная электростатическая защита во время использования, что приводит к электростатическому разряду все более серьезного повреждения интегральной схемы. Поэтому необходимо разработать соответствующие меры электростатической защиты. Статическая защита интегральных схем должна рассматриваться в сочетании со многими факторами, такими как проектирование чипа, обработка кристаллического круга и упаковка. электростатический разряд неразрывно связан с производительностью, хорошей скоростью и надежностью интегральной схемы. Чип обычно спроектирован структурой защитной цепи ESD в плоскогубцах питания, архитектурой защитной цепи ESD шины питания и шунтированием тока, с использованием полуплавающей решетки, балластной связи, подложки и других технологий для улучшения схемы, чтобы эффективно защищать схему в процессе электростатического разряда. Меры электростатической защиты на линиях обработки кристаллических кругов и инкапсуляции интегральных схем аналогичны. электростатический разряд может повредить интегральную схему, вызывая разрушительные, потенциальные и медленные сбои. Схемы, которые были полностью прорваны и повреждены статическим электричеством во время упаковки, могут быть отклонены в процессе производства или испытаний; Но если они не будут полностью повреждены электростатическим разрядом, схема будет иметь потенциальную угрозу надежности. Даже при использовании сложных инструментов трудно обнаружить изменения в производительности. Однако с использованием схемы кумулятивное повреждение, вызванное электростатическим разрядом, углубляется и становится серьезным.
Это приводит к сбоям в цепи. Поэтому эффективная системная электростатическая защита имеет большое значение для обеспечения качества и надежности производства упаковочных линий интегральных схем.
Ранний отказ интегральных схем является основным фактором, влияющим на внутреннее качество электронных продуктов и всей машины. Ранние формы отказа разнообразны, и воронки на поверхности стружки являются ключевым фактором. Общеизвестно, что упаковка ИС состоит в том, чтобы соединить чип и раму выводов проводами посредством сварки под давлением, а затем упаковать пластиковым инкапсулятором, чтобы обеспечить выход и защиту чипа ИС, чтобы избежать повреждения человеческих или экологических факторов, тем самым обеспечивая стабильность интегральной схемы, можно полагаться на работу. Явка относится к явлению разрушения алюминиевого слоя алюминиевого сварного диска чипа и кремниевых соединений ниже во время инкапсуляции коллекторной схемы из - за различных факторов. С быстрым развитием технологии проектирования интегральных схем миниатюризация и многофункциональность чипов привели к появлению многослойной проводки в дизайне чипов, а количество продуктов с устройствами и схемами под алюминиевыми сварочными дисками растет. В то же время появились медные провода и технологии посадки шаров. Для повышения надежности продукции, в соответствии с требованиями клиентов к высококачественным и недорогим продуктам, таким как технология упаковки, предотвращение сварных отверстий IC и ранних неисправностей становится все более важным.
Перспективы упаковки IC
С технической точки зрения, упаковка IC выросла от DIP до WLPCSP и SOC, обеспечивая функциональный переход от поверхности к внутреннему слою, от простого к сложному. Будущая технология упаковки будет сочетаться с производством чипов SMT и IC, что приведет к двум крайностям упаковки IC.
Для сложных многофункциональных электронных устройств упаковка станет более сложной из - за необходимости многофункциональной интеграции, а техническая интеграция будет еще более усилена.
Благодаря SOC интеграция систем упростит внешние характеристики электронных устройств с общими функциями. Пакет IC вернется в определенной степени.
С точки зрения социальных потребностей, от простых радиоприемников до персональных компьютеров до современных сложных суперкомпьютеров, ИТ - индустрия находится в восходящем потоке, и социальные потребности будут поляризованы: 1. Передача электронных устройств с более мощными и сложными общественными ИТ - технологиями создает мосты для высокоскоростной передачи информации. 2. Индивидуальные электронные потребительские товары, ориентированные на конечный общественный спрос, такие как ПК, мобильные телефоны, электронные канцелярские принадлежности и т.д., движутся в направлении миниатюризации и индивидуализации: потребности общества также будут распространяться на диверсификацию и экологизацию.
Из приведенных выше законов видно, что упаковка IC, с одной стороны, распространяется на более высокий уровень: высокая плотность, высокая скорость, высокая надежность, разнообразие и охрана окружающей среды являются основными направлениями ее развития и будущего. С другой стороны, некоторые формы инкапсуляции, которые уже существовали в процессе разработки, останутся в течение некоторого времени: так как с улучшением интеграции и функциональности оригинальная машина может быть преобразована в один чип, такой как начальный полупроводник. Радио превратилось в монолитное радио, достаточно маленькое, чтобы его можно было вставлять в уши.