集成電路封裝與器件測試設備

電子封裝是一個(gè)富于挑戰、引人入勝的領(lǐng)域。它是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可缺少的一道工序，是器件到系統的橋梁。封裝這一生產(chǎn)環(huán)節對微電子產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力都有極大的影響。按目前國際上流行的看法認為，在微電子器件的總體成本中，設計占了三分之一，芯片生產(chǎn)占了三分之一，而封裝和測試也占了三分之一，真可謂三分天下有其一。封裝研究在全球范圍的發(fā)展是如此迅猛，而它所面臨的挑戰和機遇也是自電子產(chǎn)品問(wèn)世以來(lái)所從未遇到過(guò)的;封裝所涉及的問(wèn)題之多之廣，也是其它許多領(lǐng)域中少見(jiàn)的，它需要從材料到工藝、從無(wú)機到聚合物、從大型生產(chǎn)設備到計算力學(xué)等等許許多多似乎毫不關(guān)連的專(zhuān)家的協(xié)同努力，是一門(mén)綜合性非常強的新型高科技學(xué)科。

　　封裝與器件測試回流焊，模擬焊接與實(shí)焊測試分析!力鋒M系列器件測試回流焊

　　什么是電子封裝 (electronic packaging)? 封裝最初的定義是：保護電路芯片免受周?chē)h(huán)境的影響(包括物理、化學(xué)的影響)。所以，在最初的微電子封裝中，是用金屬罐 (metal can) 作為外殼，用與外界完全隔離的、氣密的方法，來(lái)保護脆弱的電子元件。但是，隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，尤其是芯片鈍化層技術(shù)的不斷改進(jìn)，封裝的功能也在慢慢異化。通常認為，封裝主要有四大功能，即功率分配、信號分配、散熱及包裝保護，它的作用是從集成電路器件到系統之間的連接，包括電學(xué)連接和物理連接。目前，集成電路芯片的I/O線(xiàn)越來(lái)越多，它們的電源供應和信號傳送都是要通過(guò)封裝來(lái)實(shí)現與系統的連接;芯片的速度越來(lái)越快，功率也越來(lái)越大，使得芯片的散熱問(wèn)題日趨嚴重;由于芯片鈍化層質(zhì)量的提高，封裝用以保護電路功能的作用其重要性正在下降。電子封裝的類(lèi)型也很復雜。

　　從使用的包裝材料來(lái)分，我們可以將封裝劃分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝;從成型工藝來(lái)分，我們又可以將封裝劃分為預成型封裝(pre-mold)和后成型封裝(post-mold);至于從封裝外型來(lái)講，則有SIP(single in-line package)、DIP(dual in-line package)、PLCC(plastic-leaded chip carrier)、PQFP(plastic quad flat pack)、SOP(small-outline package)、TSOP(thin small-outline package)、PPGA(plastic pin grid array)、PBGA(plastic ball grid array)、CSP (chip scale package)等等;若按第一級連接到第二級連接的方式來(lái)分，則可以劃分為PTH(pin-through-hole)和SMT(surface-mount-technology)二大類(lèi)，即通常所稱(chēng)的插孔式(或通孔式)和表面貼裝式。金屬封裝是半導體器件封裝的最原始的形式，它將分立器件或集成電路置于一個(gè)金屬容器中，用鎳作封蓋并鍍上金。金屬圓形外殼采用由可伐合金材料沖制成的金屬底座，借助封接玻璃，在氮氣保護氣氛下將可伐合金引線(xiàn)按照規定的布線(xiàn)方式熔裝在金屬底座上，經(jīng)過(guò)引線(xiàn)端頭的切平和磨光后，再鍍鎳、金等惰性金屬給與保護。在底座中心進(jìn)行芯片安裝和在引線(xiàn)端頭用鋁硅絲進(jìn)行鍵合。組裝完成后，用10號鋼帶所沖制成的鍍鎳封帽進(jìn)行封裝，構成氣密的、堅固的封裝結構。金屬封裝的優(yōu)點(diǎn)是氣密性好，不受外界環(huán)境因素的影響。它的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，外型靈活性小，不能滿(mǎn)足半導體器件日益快速發(fā)展的需要。

　　現在，金屬封裝所占的市場(chǎng)份額已越來(lái)越小，幾乎已沒(méi)有商品化的產(chǎn)品。少量產(chǎn)品用于特殊性能要求的軍事或航空航天技術(shù)中。陶瓷封裝是繼金屬封裝后發(fā)展起來(lái)的一種封裝形式，它象金屬封裝一樣，也是氣密性的，但價(jià)格低于金屬封裝，而且，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷改進(jìn)，陶瓷封裝的性能越來(lái)越好，尤其是陶瓷流延技術(shù)的發(fā)展，使得陶瓷封裝在外型、功能方面的靈活性有了較大的發(fā)展。目前，IBM的陶瓷基板技術(shù)已經(jīng)達到100多層布線(xiàn)，可以將無(wú)源器件如電阻、電容、電感等都集成在陶瓷基板上，實(shí)現高密度封裝。陶瓷封裝由于它的卓越性能，在航空航天、軍事及許多大型計算機方面都有廣泛的應用，占據了約10%左右的封裝市場(chǎng)(從器件數量來(lái)計)。陶瓷封裝除了有氣密性好的優(yōu)點(diǎn)之外，還可實(shí)現多信號、地和電源層結構，并具有對復雜的器件進(jìn)行一體化封裝的能力。它的散熱性也很好。缺點(diǎn)是燒結裝配時(shí)尺寸精度差、介電系數高(不適用于高頻電路)，價(jià)格昂貴，一般主要應用于一些高端產(chǎn)品中。相對而言，塑料封裝自七十年代以來(lái)發(fā)展更為迅猛，已占據了90%(封裝數量)以上的封裝市場(chǎng)份額，而且，由于塑料封裝在材料和工藝方面的進(jìn)一步改進(jìn)，這個(gè)份額還在不斷上升。

　　塑料封裝最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，其性能價(jià)格比十分優(yōu)越。隨著(zhù)芯片鈍化層技術(shù)和塑料封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是在八十年代以來(lái)，半導體技術(shù)有了革命性的改進(jìn)，芯片鈍化層質(zhì)量有了根本的提高，使得塑料封裝盡管仍是非氣密性的，但其抵抗潮氣侵入而引起電子器件失效的能力已大大提高了，因此，一些以前使用金屬或陶瓷封裝的應用，也已漸漸被塑料封裝所替代。SIP是從封裝體的一邊引出管腳。通常，它們是通孔式的，管腳插入印刷電路板的金屬孔內。這種形式的一種變化是鋸齒型單列式封裝(ZIP)，它的管腳仍是從封裝體的一邊伸出，但排列成鋸齒型。這樣，在一個(gè)給定的長(cháng)度范圍內，提高了管腳密度。SIP的吸引人之處在于它們占據最少的電路板空間，但在許多體系中，封閉式的電路板限制了SIP的高度和應用。

　　DIP封裝的管腳從封裝體的兩端直線(xiàn)式引出。DIP的外形通常是長(cháng)方形的，管腳從長(cháng)的一邊伸出。絕大部分的DIP是通孔式，但亦可是表面貼裝式。對DIP來(lái)說(shuō)，其管腳數通常在8至64(8、14、16、18、20、22、24、28、40、48、52和64)之間，其中，24至40管腳數的器件最常用于邏輯器件和處理器，而14至20管腳的多用于記憶器件，主要取決于記憶體的尺寸和外形。當器件的管腳數超過(guò)48時(shí)，DIP結構變得不實(shí)用并且浪費電路板空間。稱(chēng)為芯片載體(chip carrier)或quad的封裝，四邊都有管腳，對高引腳數器件來(lái)說(shuō)，是較好的選擇。之所以稱(chēng)之為芯片載體，可能是由于早期為保護多引腳封裝的四邊引腳，絕大多數模塊是封裝在預成型載體中。而后成型技術(shù)的進(jìn)步及塑料封裝可靠性的提高，已使高引腳數四邊封裝成為常規封裝技術(shù)。其它一些縮寫(xiě)字可以區分是否有引腳或焊盤(pán)的互連，或是塑料封裝還是陶瓷封裝體。諸如LLC(lead chip carrier)，LLCC(leadless chip carrier)用于區分管腳類(lèi)型。PLCC(plastic leaded chip carrier)是最常見(jiàn)的四邊封裝。PLCC的管腳間距是0.050英寸，與DIP相比，其優(yōu)勢是顯而易見(jiàn)的。PLCC的引腳數通常在20至84之間(20、28、32、44、52、68和84)。還有一種劃分封裝類(lèi)型的參數是封裝體的緊湊程度。小外形封裝通常稱(chēng)為SO，SOP或SOIC。