封装技术.pdf

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1、封装技术目录 隐藏 封装技术CPU 主要封装技术芯片封装技术发展常见的封装形式封装的作用内存的封装技术3D 封装技术LED 封装技术封装技术CPU 主要封装技术芯片封装技术发展常见的封装形式封装的作用内存的封装技术3D 封装技术LED 封装技术半导体封装技术国内外比较微电子封装技术编辑 本段 封装技术所谓“封装技术”是一种将集成 电路 用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以 CPU为例，实际 看到的体积和外观并不是真正的CPU 内核 的 大小和面貌，而是CPU 内核等元件经过封装后的产品。封装对于芯片 来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成

2、电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印 制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁 芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些 引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。采用的CPU 封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高，

3、功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素：1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1 2、引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能3、基于散热的要求，封装越薄越好作为计算机的重要组成部分，CPU 的性能直接影响计算机的整体性能。而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU 的封装技术，采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU 产品。编辑 本段 CPU 主要封装技术DIP 技术DIP 封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式封装技术，指采用双

4、列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装 形式，其引脚数一般不超过100。DIP 封装的CPU 芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP 结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP 封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏管脚。DIP 封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式）等。DIP 封装具有以下特点：1、适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。2、芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。QFP 技术

5、这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术（Plastic Quad Flat Pockage），该技术实现的CPU 芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚 数一般都在100 以 上。该技术封装CPU 时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适合用SMT 表面安装技术在PCB 上安 装布线。QFP（Plastic Quad Flat Package）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100 个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备

6、技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD 安 装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。QFP/PFP封装具有以下特点：1.适用于SMD 表面安装技术在PCB 电路板上安装布线。2.适合高频使用。3.操作方便，可靠性高。4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。Intel 系列CPU 中 80286、80386和某些 486 主板采用这种封装形式。11PFP 技术该技术的英文全称为Plastic Flat Package，中文含义为塑料扁平组件式封装。用这种技术封装的芯

7、片同样也必须采用SMD 技术将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊盘。将芯片各脚对准相应的焊盘，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。该技术与上面的QFP 技术基本相似，只是外观的封装形状不同而已。PGA 技 术该技术也叫插针网格阵列封装技术（Ceramic Pin Grid Arrau Package），由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2 5 圈。安装时，将芯片插入专门的PGA 插座。为了使得CPU 能够更方

8、便的安装和拆卸，从486 芯片开始，出现了一种ZIF CPU 插座，专门用来满足PGA 封装 的 CPU 在安装和拆卸上的要求。该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。PGA 封装具有以下特点：1.插拔操作更方便，可靠性高;2.可适应更高的频率;3.如采用导热性良好的陶瓷基板，还可适应高速度、大功率器件要求;4.由于此封装具有向外伸出的引脚，一般采用插入式安装而不宜采用表面安装;5.如用陶瓷基板，价格又相对较高，因此多用于较为特殊的用途。它又分为陈列引脚型和表面贴装型两种。BGA 技 术BGA 技术（Ball Grid Array Package）即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为CPU

9、、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装 占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O 引脚数增多，但引脚之间的距离远大于 QFP，从而 提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU 信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。BGA 封装具有以下特点：1、I/O 引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP 封装 方式，提高了成品率2、虽然 BGA 的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能3、信号传输延迟小，适应频率大大提高4

10、、组装可用共面焊接，可靠性大大提高BGA 封装的不足之处：BGA 封装仍与QFP、PGA 一样，占用基板面积过大；塑料 BGA 封装的翘曲问题是其主要缺陷，即锡球的共面性问题。共面性的标准是为了减小翘曲，提高BGA 封装的 特性，应研究塑料、粘片胶和基板材料，并使这些材料最佳化。同时由于基板的成本高，而使其价格很高。SFF 技术SFF 是 Small Form Factor的简称，英 特尔 将其称为小封装技术。小 封装技术是英特尔在封装移动 处理器 过程中采用的一种特殊技术，可以在不影响处理器性能的前提下，将封装尺寸缩小为普通尺寸的40%左右，从而带动移动产品内其他组件尺寸一起缩小，最终让终端

11、产品更加轻薄、小巧、时尚，并且支持更丰富的外观和材质的设计。编辑 本段 芯片封装技术发展从 DIP 封到 BGA 封装芯片的 封装技术种类实在是多种多样，诸如 DIP，PQFP,TSOP,TSSOP,PGA,BGA,QFP,TQFP,QSOP,SOIC,SOJ,PLCC,WAFERS.一系 列名称看上去都十分繁杂，其实，只要弄清芯片封装发展的历程也就不难理解了。芯片的封装技术已经历经好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等，都是看得见的变化。20 世纪70

12、 年代时，芯片封装流行的还是双列直插封装，简称DIP(Dual ln-line Package)。DIP 封装在当时具有适合PCB（印刷电路板）的穿孔安装，具有比TO 型封装易于对PCB 布线 以及操作较为方便等一些特点，其封装的结构形式也很多，包括多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引 线框架式DIP 等等。但是衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1 越好。比如一颗采用40 根 I/O 引脚塑料双列直插式封装(PDIP)的芯片为例，其芯片面积/封装面积=（3 x3）/（15 24 x 50）=1：86，离 l 相 差很远。不难看出，这

13、种封装尺寸远比芯片大不少，说明封装效率很低，占去了很多有效安装面积。到了80 年代出现的内存第二代封装技术以 TSOP为 代表，它很快为业界所普遍采用，到目前为止还保持着内存封装的主流地位。TSOP是英文Thin Small OutlinePackage的缩写，意即薄型小尺寸封装。TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚，如SDRAM内存的集成电路两侧都有引脚，SGRAM内存的集成电路四面都有引脚。TSOP适合用SMT 技术（表面安装技术）在PCB（印制电路板）上安装布线。TSOP封装外形尺寸时，寄生参数(电流大幅度变化时，引起输出电压扰动)减小，适合高频应用，操作比较方

14、便，可靠性也比较高。改进的TSOP 技术目前广泛应用于 SDRAM内 存的制造上，不少知名内存制造商如三星、现代、Kingston等目前都在采用这项技术进行内存封装。20 世纪 90 年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI 相继出现，芯片集成度不断提高，I/O 引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为满足发展的需要，在原有封装方式的基础上，又增添了新的方式一一球栅阵列封装，简称BGA（Ball Grid Array Package）。BGA 封装技术已经在笔记本电脑的内存、主板芯片组等大规模集成电路的封装领域得到了广泛的应用

15、。比如我们所熟知的Intel BX、VIA MVP3 芯 片组以及SODIMM等都是采用这一封装技术的产品。BGA 封 装技术有这样一些特点：I/O 引脚数虽然增多，但引脚间距并不小，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗增加，但BGA 能用可 控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和 重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。不过BGA 封装仍然存在着占用基板面积较大的问题。随着以CPU 为主的计算机系统性能的总体大幅度提升趋势，人们对于内存的品质和性能要求也日趋苛刻。为此，人们要求内存封装更加紧致，以适应大容量的内存芯

16、片，同时也要求内存封装的散热性能更好，以适应越来越快的核心频率。毫无疑问的是，进展不太大的TSOP等内 存封装技术也越来越不适用于高频、高速的新一代内存的封装需求，新的内存封装技术也应运而生了。采用BGA 新技术封装的内存，可以使所有计算机中的DRAM内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与 TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。BGA 封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA 封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有 TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA 封装方 式有更加快速和有效的散热途径。编辑 本段 常见的封装形式OPG

17、A 封装OPGA（Organic pin grid Array，有机管脚阵列）。这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。此 种封装方式可以降低阻抗和封装成本。OPGA 封装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。AMD 公司的AthlonXP系列CPU 大多使用此类封装。mPGA 封 装mPGA，微型PGA 封装，目前只有AMD 公司的Athlon 64 和英特尔公司的Xeon（至强）系列CPU 等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。CPGA 封装CPGA 也就是常说的陶瓷封装，全称为Ceramic PGA。主要在Thunde

18、rbird（雷鸟）核心和“Palomino”核 心的Athlon处理器上采用。FC-PGA 封 装FC-PGA封装是反转芯片针脚栅格阵列的缩写，这种封装中有针脚插入插座。这些芯片被反转，以至片模或构成计算机芯片的处理器部分被暴露在处理器的上部。通过将片模暴露出来，使热量解决方案可直接用到片模上，这样就能实现更有效的芯片冷却。为了通过隔绝电源信号和接地信号来提高封装的性能，FC-PGA 处理器在处理器的底部的电容放置区域（处理器中心）安有离散电容和电阻。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。FC-PGA 封装用于奔腾III 和英特尔赛扬处 理器，它们

19、都使用370 针。FC-PGA2封装FC-PGA2 封装与FC-PGA 封装类型很相似，除了这些处理器还具有集成式散热器(IHS)。集成式散热器是在生产时直接安装到处理器片上的。由于IHS 与片模有很好的热接触并且提供了更大的表面积以更好地发散热量，所以它 显著地增加了热传导。FC-PGA2 封装用于奔腾III 和英特尔赛扬处理器（370 针）和奔腾4 处理器（478 针）。OOI 封 装OOI 是OLGA 的简写。OLGA 代表了基板栅格阵列。OLGA 芯片也使用反转芯片设计，其中处理器朝下附在基体上，实现更好的信号完整性、更有效的散热和更低的自感应。OOI 有一个 集成式导热器(IHS)，

20、能帮助散热器将热量传给正确安装的风扇散热器。OOI 用于奔腾4 处理器，这些处理器有423 针。PPGA 封装“PPGA”的英文全称为“Plastic Pin Grid Array”，是塑 针栅格阵列的缩写，这些处理器具有插入插座的针脚。为了提高热传导性，PPGA 在处理器的顶部使用了镀镍铜质散热器。芯片底部的针脚是锯齿形排列的。此外，针脚的安排方式使得处理器只能以一种方式插入插座。2S.E.C.C.封装“S.E.C.C.”是“Single Edge Contact Cartridge”缩 写，是单边接触卡盒的缩写。为了与主板连接，处理器被插入一个插槽。它不使用针脚，而是使用“金 手指”触点，

21、处理器使用这些触点来传递信号。S.E.C.C.被一个金属壳覆盖，这个壳覆盖了整个卡盒组件的顶端。卡盒的背面是一个热材料镀层，充当了散热器。S.E.C.C.内部，大多数处理器有一个被称为基体的印刷电路板连接起处理器、二级高 速缓存和总线终止电路。S.E.C.C.封装用于有242 个触点的英特尔奔腾II 处理器和有330 个触点的奔腾II 至强和奔腾III 至强处理器。S.E.C.C.2 封装S.E.C.C.2 封装 与S.E.C.C.封 装相似，除了S.E.C.C.2 使用更 少的保护性包装并且不含有导热镀层。S.E.C.C.2 封装用于一些较晚版本的奔腾II 处理器 和奔腾III处理器（242

22、 触 点）。S.E.P.封装“S.E.P.”是“Single Edge Processor”的缩写，是单边处理器的缩写。“S.E.P.”封装类似于“S.E.C.C.”或者“S.E.C.C.2”封装，也是采用单边插入到Slot 插槽中，以金手指与插槽接触，但是它没有全包装外壳，底板电路从处理器底部是可见的。“S.E.P.”封装应用于早期的 242 根金手指的Intel Celeron 处理 器。PLGA 封装PLGA 是 Plastic Land Grid Array 的缩写，即塑料焊盘栅格阵列封装。由于没有使用针脚，而是使用了细小的点式接口，所以PLGA 封装明显比以前的FC-PGA2等封装具

23、有更小的体积、更少的信号传输损失和更低的生产成本，可以有效提升处理器的信号强度、提升处理器频率，同时也可以提高处理器生产的良品率、降低生产成本。目前Intel 公司Socket 775 接口的CPU 采用了此封装。2CuPGA封装CuPGA是 Lidded Ceramic Package Grid Array的缩写，即有 盖陶瓷栅格阵列封装。其 与普通陶瓷封装最大的区别是增加了一个顶盖，能提供更好的散热性能以及能保护CPU 核心免受损坏。AMD64系列CPU 采用了此封装。编辑 本段 封装的作用封装(Package)对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用

24、的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有：(1)物理保护。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，保护芯片表面以及连接引线等，使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响；同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配，这样 就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力，从而可防止芯片损坏失效。基于散热的要求，封装越薄越好，当芯片功耗大于2W 时，在封装上需要增加散热片或热沉片，以增强其散热冷却功能；5 1OW

25、时必须采取强制冷却手段。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。(2)电气连接。封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距，调整到实装基板的尺寸间距，从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到0 1 3m以下)为特 征尺寸的芯片，到以10m 为单 位的芯片焊点，再到以100m 为单位的外部引脚，最后剑以毫米为单位的印刷电路板，都是通过封装米实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用，从而可使操作费用及材料费用降低，而且 能提高工作效率和可靠性，特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻，寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。(3)标准规格化

26、。规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，既便于加工，又便于与印刷电路板相配合，相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电 路板厂家、半导体厂家都很方便，而且便于标准化。相比之下，裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。由于组装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板(PCB)的设计和制造，对于很多集成电路产品而言，组装技术都是非常关键的一环。编辑 本段 内存的封装技术如今计算机的“心”奔腾不止，以百兆为单位的高速提升让我们不得不感叹CPU技术的成熟和完善。不过，光有一颗速急力猛的芯好像还远远不够，为了让计算机真正快速地跑起来，整

27、个内外系统都需要齐齐跟进，而内存则一向是一个关注焦点。作为计算机的“运作机舱”，内存的性能直接影响计算机的整体表现，重要性是不言而喻的。与CPU 一样，内存的制造工艺同样对其性能高低具有决定意义，而在内存制造工艺流程上的最后一步也是最关键一步就是内存的封装技术。采用不 同封装技术的内存条，在性能上也会存在较大差距。从DIP、TSOP到 BGA，不断发展的封装技术使得内存向着高频、高速的目标继续迈进，而NORCENT Micro CSP 等 新型技术的出现，则意味着内存封装已经进入到CSP 时代。内存封 装，“品质”外衣我们所 使用的每一条内存，其实是由数量庞大的集成电路组合而成，只不过这些电路

28、，都是需要最后打包完成，这类将集成电路打包的技术就是所谓的封装技术。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。在我们的计算机里，CPU 需要严格地封装，内存条也同样不可怠慢，对于常见的内存条而言，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌，那一个一个整齐排列的小黑块即内存芯片经过打包封装后的成果。对于内存这样以芯片为主的产品来说，

29、封装技术不仅保证芯片与外界隔离，防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电学性能下降；而且封装技术的好坏还直接关系到与芯片连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，从而对芯片自身性能的表现和发挥产生深刻的影响。如此而言，封装技术好比内存的一件外衣，而内存品质在这里则是典型的“以貌取人”，越“高档”的外衣身价也就越高了。如同 微处 理器 一样，内存条的技术也是不断地更新。人们手中内存条上的颗粒模样渐渐在变，变得比以前更小、更精致。变化不仅在表面上，而且 这些新型的芯片在适用频率和电气特性上比老前辈又有了长足的进步。这一结晶应归功新型的内存芯片封装技术所带来的成果。编辑 本段 3D 封装技术由于电子整

30、机和系统在航空、航天、计算机等领域对小型化、轻型化、薄型化等高密度组装要求的不断提高，在MCM 的基础 上，对于有限的面积，电子组装必然在二维组装的基础上向z 方向发展，这就是所谓的三维(3D)封装技术，这是今后相当长时间内实现系统组装的有效手段。实现3D 封装主要有三种方法。一种是埋置型，即将元器件 埋置 在基板多层布线内或埋置、制作在基板内部。电阻和电容一般可随多层布线用厚、薄膜法埋置于多层基板中，而IC 芯片一般要紧贴基板。还可以在基板上先开槽，将IC 芯 片嵌入，用环氧树脂固定后与基板平面平齐，然后实施多层布线，最上层再安装IC 芯片，从而实现 3D 封装。第二种方法是有源基板型，这是

31、用硅圆片IC(WSI)作 基板时，先将WSI用一般半导体IC 制作方法作一次元器件集成化，这就成了有源基板。然后再实施多层布线，顶层仍安装各种其他lC 芯片或其他元器件，实现3D 封装。这一方法是人们最终追求并力求实现的一种3D 封 装技术。第三种方法是叠层法，即将两个或多个裸芯片或封装芯片在垂直芯片方向上互连成为简单的 3D 封装。更多的是将各个已单面或双面组装的MCM 叠装在一起，再进行上下多层互连，就可实现3D 封装。其上下均可加热沉，这种 3D 结构又称为3D MCM。由于3D 的组装密度高，功耗大，基板多为导热性好的高导热基板，如硅、氮化铝和金刚石薄膜等。还可以把多个硅圆片层叠在一起

32、，形成 3D 封装。8先进 的叠层式3D 封装技术近几年来，先进的封装技术已在IC 制造行业开始出现，如多芯片模块（MCM）就是将多个IC 芯片按功能组合进行封装，特别是三维（3D）封装首先突破传统的平面封装的概念，组装效率高达200%以上。它使单个封装体内可以堆叠多个芯片，实现了存储容量的倍增，业界称之为叠层式3D 封装；其次，它将芯片直接互连，互连线长度显著缩短，信号传输得更快且所受干扰更小；再则，它将多个不同功能芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，从而形成系统芯片封装新思路；最后，采用 3D 封装的芯片还有功耗低、速度快等优点，这使电子信息产品的尺寸和重量减小数十倍。正是由于3D

33、 封装拥有无可比拟的技术优势，加上多媒体及无线通信设备的使用需求，才使这一新型的封装方式拥有广阔的发展空间。最常见的裸芯片叠层3D 封装 先将生长凸点的合格芯片倒扣并焊接在薄膜基板上，这种薄膜基板的材质为陶瓷或环氧玻璃，其上有导体布线，内部也有互连焊点，两侧还有外部互连焊点，然后再将多个薄膜基板进行叠装互连。裸芯片叠层的工艺过程为：第一步，在芯片上生长凸点并进行倒扣焊接。如果采用金凸点，则由金丝成球的方式形成凸点，在250 400 下，加压力使芯片与基板互连；若用铅锡凸点，则采用Pb95Sn5（重量比）的凸点，这样的凸点具有较高的熔点，而不致在下道工艺过程中熔化。具体方法，先在低于凸点熔点的温

34、度（180 250）下进行芯片和基板焊接，在这一温度下它们靠金属扩散来焊接；然后加热到250 400，在这一温度下焊料球熔化，焊接完毕。第一步的温度是经过成品率试验得到的，当低于150 时断路现象增加；而当高于300 时，则相邻焊点的短路现象增多。第二步，在芯片与基板之间0.05 mm 的缝隙内填入环氧树脂胶，即进行下填料。第三步，将生长有凸点的基板叠装在一起，该基板上的凸点是焊料凸点，其成分为Pb/Sn或 Sn/Ag，熔点 定在 200 240。这最后一步是将基板叠装后，再在 230 250 的温度下进行焊接。MCM 叠层的工艺流程与裸芯片叠层的工艺流程基本一致。除上述边缘导体焊接采用互连方

35、式外，叠层3D 封装还有多种互连方式，例如引线键合叠层芯片就是一种采用引线键合技术实现叠层互连的，该方法的适用范围比较广。此外，叠层互连工艺还有叠层载带、折叠柔性电路等方式。叠层载带是用载带自动键合（TAB）实现IC互连，可进而分为印刷电路板（PCB）叠层TAB 和引线框架TAB。折叠柔性电路方式是先将裸芯片安装在柔性材料上，然后将其折叠，从而形成三维叠层的封装形式。10编辑 本段 LED 封装技术LED 封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED 封装则是完成输出电信

36、号，保护管芯正常工作、输出可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。LED 的核心发光部分是P 型半导体和N 型半 导体构成的PN 结管芯。当注入PN结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光、紫外线光或者红外线光。但PN 结区 发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率。因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构和几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED 的内、外部量子效率。常规5mm 型 LED 封装是将边长0.25mm的正方 形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触

37、点与金丝键合为内引线与一条管脚相连，负极通过发射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用：保护管芯等不受外界侵蚀；采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散角；管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光的损失。选用相应折射率的环氧树脂做过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性、绝缘性、机械强度，对管芯发

38、出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材料和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED 的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。一般情况下，LED 的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经PN 结，发热性损耗使结区产生温升。在室温附近，温度每升高1，LED 的发光强度会相应地减少1%左 右，封装散热时保持色纯度与发光强度非常重要。以往采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数 LED 的

39、 驱动电流限制在20mA 左右。但是，LED 的光输出会随着电流的增大而增加。目前，很多功率型LED 的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A 级，需要改进封装结构。全新的LED 封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善了热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的表面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等方法。此外，在应用设计中，PCB 线路板等的热设计、导热性能也十分重要。生产工 艺1.工艺：a)清洗：采用超声波清洗PCB 或 LED 支架，并烘干。b)装架：在LED 管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微

40、镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB 或LED 支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED 管芯上，以作电流注入的引线。LED 直接 安装在PCB 上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光TOP-LED需要金线焊机）d)封装：通过点胶，用环氧将LED 管 芯和焊线保护起来。在PCB 板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光 LED）的任 务。e)焊接：如果 背光源是采用SMD-LED或其它 已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED 焊接到PCB 板上。f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种

41、扩散膜、反光膜等。g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。包装：将成品按要求包装、入库。封装工 艺1.LED的封装的任务是将外引线连接到LED 芯片 的电极 上，同时保护好LED 芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。2.LED封装形式LED 封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED 按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3.LED封装工艺流程4 封装工艺说明（1）芯

42、片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求，电极图案是否完整。（2）扩片由于LED 芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不 利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED 芯片 的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。（3）点胶在 LED 支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC 导 电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED 芯片，采用绝缘胶来固定芯片。）工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均

43、有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。（4）备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED 背面电极上，然后把背部带银胶的 LED 安装在LED 支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。（5）手工刺片将扩张后LED 芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED 支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED 芯片一 个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.（6）自动装架自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LE

44、D 支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED 芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED 芯片表 面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。（7）烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150 ，烧结时间2 小时。根据实际情况可以调整到170，1小时。绝缘胶一般 150，1 小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2 小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得

45、再其他用途，防止污染。（8）压焊压焊的目的将电极引到LED 芯片上，完成产品内外引线的连接工作。LED 的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。先在LED 芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球 焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。压焊是LED 封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等LED 的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的

46、选型，选用结合良好的环氧和支架。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED 的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。（10）灌胶封装Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED 成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED 支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED 从模腔中脱出即成型。（11）模压封装将压焊好的LED 支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺 着胶道进入各个LED 成型槽中并固化。（12）固化与后固化固化是指封装环氧

47、的固化，一般环氧固化条件在135，1 小时。模压封装一般在 150，4 分钟。（13）后固化后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED 进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120，4 小时。（14）切筋和划片由于LED 在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装 LED 采 用切筋切断LED 支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB 板上，需要划片机来完成分离工作。（15）测试测试LED 的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对 LED 产品进行分选。（16）包装将成品进行计数包装。超高亮LED 需要防静电包装。B 功 率型 LED 封装技 术概

48、述半导体LED 若要作为照明光源，常规产品的光通量与白炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。因此，LED 要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。由于LED 芯片输入功率的不断提高，功率型LED 封装技术主要应满足以下两点要求：封装结构要有高的取光效率；热阻要尽可能低，这样才能保证功率 LED 的光电性能和可靠性。功率型LED 所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高，但 获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。现有的功率型 LED 的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大

49、芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的发光通量，除了芯片外，器件的封装技术也举足轻重。功率型LED 封装关键技术：a.散热技术传统的指示灯型LED 封装结构，一般是用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达 150 250 /W，新的功率型芯片若采用传统式的LED 封 装形式，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。对于大工作电流的功率型LED 芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是功率型LED 器件的

50、技术关键。可采用低阻率、高导热性能的材料粘结芯片；在芯片下部加铜或铝质热沉，并采用半包封结构，加速散热；甚至设计二次散热装置，来降低器件的热阻；在器件的内部，填充透明度高的柔性硅胶，胶体不会因温度骤然变化而导致器件开路，也不会出现变黄现象；零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。为提高器件的取光效率，设计外加的反射杯与多重光学透镜。功率型LED 白光技术常见的实现白光的工艺方法有如下三种：蓝色芯片上涂上YAG 荧光粉，蓝光激发荧光粉发出的黄绿光与蓝光合成白光。该方法相对简单，效率高，具有实用性。缺点是布胶量一致性较差、荧光粉易沉淀导致出光面均匀性差、色调一致性不好；色温偏