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功率模块助焊剂水基清洗剂合明科技分享:一文了解半导体封装的典型封装工艺简介

发布日期:2021-12-28 发布者:合明科技Unibright 浏览次数:613

功率模块助焊剂水基清洗剂合明科技分享:一文了解半导体封装的典型封装工艺简介

水基清洗剂,环保清洗剂,电路板清洗,助焊剂清洗剂,半导体清洗,丝网清洗,红胶清洗,治具清洗,功率器件清洗,电路板清洗剂_免洗助焊剂清洗剂合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。


半导体封装的典型封装工艺简介


依据封装管脚的排布方式、芯片与PCB板连接方式以及发展的时间先后顺序,半导体封装可划分为PTH封装(Pin-Through-Hole)和SMT封装(Surface-Mount-Technology)二大类,即通常所称的插孔式(或通孔式)和表面贴装式。


针脚插装技术(PTH):


针脚插装封装,顾名思义即在芯片与目标板的连接过程中使用插装方式,古老而经典DIP封装即属于该种封装形式。在早期集成电路中由于芯片集成度不高,芯片工作所需的输入/输出管脚数较少,所以多采用该种封装形式。DIP封装有两种衍生封装形式,即为:SiP和ZIP,只是为适应不同的应用领域,对传统DIP封装在封装壳管脚排布和形状上略有改进。


PTH封装示意图

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表面贴装封装(SMT):


PTH封装在机械连接强度上的优势毋庸质疑,但同时也带来一些负面效应。PTH封装中使用的贯通孔将大量占用PCB板有效布线面积,因此目前主流的PCB板设计中多使用表面贴片封装。


表面贴片封装有很多种类,常用的封装形式有:


  • 小型塑封晶体管(Small Outline Transistor,SOT)

  • 小引出线封装(Smal lOutline Package,SOP)

  • 四方扁平无引线封装(Quad Flat No-lead Package,QFN)

  • 薄小缩小外形封装(Thin Small Shrink Outline Package,TSSOP)

  • 方型扁平式封装(Quad Flat Package,QFP)

  • 方形扁平无引脚封装(QFN)


从SOT到QFN,芯片封装壳支持的管脚数越来越多,芯片封装壳的管角间距越来越小。

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表面贴片封装方式的优点在于芯片封装的尺寸大大下降,芯片封装的管脚密度大大提升,与PTH封装具有相同管脚数量时,表面贴片封装的封装尺寸将远小于PTH封装。表面贴片封装只占用PCB板表层布线空间,在使用多层布线工艺时,封装占用的有效布线面积大大下降,可以大大提高PCB板布线密度和利用率。


BGA:


封装伴随着芯片集成度不断提高,为使芯片实现更复杂的功能,芯片所需的输入/输出管脚数量也进一步提升,面对日趋增长的管脚数量和日趋下降的芯片封装尺寸,微电子封装提出了一种新的封装形式BGA封装。


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BGA封装的底部按照矩阵方式制作引脚,引脚的形状为球形,在封装壳的正面装配芯片,有时也会将BGA芯片与球形管脚放在基板的同一侧。BGA封装是大规模集成电路的一种常用封装形式。BGA封装按照封装壳基板材质的不同,可分为三类:塑料BGA、陶瓷BGA、载带BGA。


BGA封装具有以下共同特点:


  • 芯片封装的失效率较低;

  • 提升器件管脚数量与封装壳尺寸的比率,减小了基板面积;

  • 管脚共面较好,减少管脚共面损害带来的焊接不良;

  • BGA引脚为焊料值球,不存在引脚变形问题;

  • BGA封装引脚较短,输入/输出信号链路大大缩短,减少了因管脚长度引入的电阻/电容/电感效应,改善了封装壳的寄生参数;

  • BGA球栅阵列与PCB板接触点较多,接触面积较大,有利于芯片散热,BGA封装有利提高封装的封装密度。


BGA封装使用矩阵形式的管脚排列,相对于传统的贴片封装,在相同管脚数量下,BGA封装的封装尺寸可以做的更小,同时也更节省PCB板的布线面积。


芯片级(CSP)封装技术


CSP定义


根据J-STD-012标准的定义,CSP是指封装尺不超过裸芯片1.2倍的一种先进的封装形式。一般认为CSP技术是在对现有的芯片封装技术,尤其是对成熟的BGA封装技术做进一步技术提升的过程中,不断将各种封装尺寸进一步小型化而产生的一种封装技术。


CSP技术可以确保超大规模集成电路在高性能、高可靠性的前提下,以最低廉的成本实现封装的尺寸最接近裸芯片尺寸。与QFP封装相比,CSP封装尺寸小于管脚间距为0.5mm的QFP封装的1/10;与BGA封装相比,CSP封装尺寸约为BGA封装的1/3。


当封装尺寸固定时,若想进一步提升管脚数,则需缩小管脚间距。受制于现有工艺,不同封装形式存在工艺极限值。如BGA封装矩阵式值球最高可达1000个,但CSP封装可支持超出2000的管脚。


CSP的主要结构有内芯芯片、互连层、焊球(或凸点、焊柱)、保护层等几大部分,芯片与封装壳是在互连层实现机械连接和电性连接。其中,互连层是通过载带自动焊接或引线键合、倒装芯片等方法,来实现芯片与焊球之间的内部连接,是CSP关键组成部分。


目前有多种符合CSP定义的封装结构形式,其特点有:


  • CSP的芯片面积与封装面积之比与1:1的理想状况非常接近,绝对尺寸为32mm2,相当于BGA的三分之一和TSOP的六分之一,即CSP可将内存容量提高3~6倍之多。

  • 测试结果显示,CSP可使芯片88.4%的工作热量传导至PCB,热阻为35℃/W-1,而TSOP仅能传导总热量的71.3%,热阻为40℃/W-1。

  • CSP所采用的中心球形引脚形式能有效地缩短信号的传导距离,信号衰减也随之减少,芯片的抗干扰、抗噪性能更强,存取时间比BGA减少15%~20%,完全能适应DDRⅡ,DRDRAM等超高频率内存芯片的实际需要。

  • CSP可容易地制造出超过1000根信号引脚数,即使最复杂的内存芯片都能封装,在引脚数相同的情况下,CSP的组装远比BGA容易。CSP还可进行全面老化、筛选、测试,且操作、修整方便,能获得真正的KGD(Known GoodDie已知合格芯片)芯片。


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CSP封装形式主要有如下分类


芯片级封装的主要类型:


柔性基片CSP


顾名思义是采用柔性材料制成芯片载体基片,在塑料薄膜上制作金属线路,然后将芯片与之连接。柔性基片CSP产品,芯片焊盘与基片焊盘间的连接方式可以是倒装键合、TAB键合、引线键合等多种方式,不同连接方式封装工艺略有差异。


硬质基片CSP


其芯片封装载体基材为多层线路板制成,基板材质可为陶瓷或层压树脂板。


引线框架CSP


技术是由日本的Fujitsu公司首先研发成功,使用与传统封装相类似的引线框架来完成CSP封装。引线框架CSP技术使用的引线框架与传统封装引线框架的区别在于该技术使用的引线框架尺寸稍小,厚度稍薄。


微小模塑型CSP


是由日本三菱电机公司提出的一种CSP封装形式。芯片管脚通过金属导线与外部焊球连接,整个封装过程中不需使用额外引线框架,封装内芯片与焊球连接线很短,信号品质较好。


晶圆级CSP


由ChipScale公司开发。其技术特点在于直接使用晶圆制程完成芯片封装。与其他各类CSP相比,晶圆级CSP所有工艺使用相同制程完成,工艺稳定。基于上述优点,晶圆级CSP封装有望成为未来的CSP封装的主流方式。



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针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。

 

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【阅读提示】

以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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