Tecnología de sustrato IC - El proceso de desarrollo de la tecnología de encapsulamiento de chips IC

El encapsulamiento de perfiles de encapsulamiento de chips IC es necesario para los chips de circuitos integrados, ya que los chips deben aislarse del mundo exterior para evitar que el polvo y las impurezas en el aire corroan los circuitos de chips, lo que resulta en una disminución del rendimiento eléctrico e incluso en un fallo de la función eléctrica. También se puede decir que el paquete se refiere a la carcasa utilizada para instalar chips de circuitos integrados semiconductores. No solo sirve para colocar, fijar, sellar, proteger el chip y mejorar la conductividad térmica, "es también un puente que conecta el mundo interior del chip con los circuitos externos del chip. los puntos de Unión se conectan a los pines de la carcasa encapsulada a través de cables conectados a otros dispositivos a través de cables en la placa de circuito impreso. además, El tamaño, la forma, el número de pines, el espaciamiento y la longitud del encapsulamiento están estandarizados. no solo facilita el encapsulamiento y procesamiento de circuitos integrados, sino que también facilita la integración de circuitos integrados y placas de circuito impreso, y las líneas de producción y equipos de producción relacionados son universales. esto es muy conveniente para los usuarios del encapsulamiento, fabricantes de placas de circuito y fabricantes de semiconductores. y es fácil de estandarizar.

En términos generales, el encapsulamiento de circuitos integrados tiene tres funciones principales: 1. Protección física; 2. conexión eléctrica; 3. estandarización. Por lo tanto, el embalaje debe tener fuertes propiedades mecánicas, propiedades de disipación de calor y estabilidad química; Buen rendimiento eléctrico; Tamaño y forma estándar. los envases de circuitos integrados se desarrollan con el desarrollo de circuitos integrados. Con el desarrollo continuo de las industrias militar, aeroespacial, aeronáutica, mecánica y otras industrias, toda la máquina también se está desarrollando hacia la multifuncionalidad y la miniaturización, lo que requiere la integración de circuitos integrados. Cada vez es más alto y las funciones son cada vez más complejas, lo que requiere una densidad de encapsulamiento de circuitos integrados cada vez mayor, una frecuencia de aplicación cada vez mayor, una mejor resistencia a la temperatura, más cables y un volumen cada vez mayor. cuanto más pequeño es el peso, más ligero es el peso.

La historia del embalaje de chips IC va de las décadas de 1960 a 1970: con la aparición de ic, la producción de máquinas completas se basa principalmente en dispositivos separados, complementados por ic. La necesidad tecnológica en este momento es simplemente buscar un trabajo más estable. porque, por un lado, la fabricación de chips IC todavía está en sus inicios y la integración es baja; Por otro lado, desde los tubos electrónicos hasta los transistor, el volumen de toda la propia máquina se ha reducido considerablemente, por lo que no hay más requisitos para el embalaje ic. Por lo tanto, en esta etapa, se satisfacen las necesidades de los componentes de soldadura de pico de placa de circuito (pcb) utilizando el encapsulamiento más fácil de lograr representado por el doble en línea (dip), complementado por el encapsulamiento de una sola línea en línea (sip) y la matriz de rejilla de pin (pga). En este momento, la distancia entre los cables es de aproximadamente 2,54 mm.

Década de 1980: con la introducción de la tecnología de instalación de superficie (smt) en 1978, el tamaño de toda la máquina se redujo y el área de la placa de circuito se redujo. La tecnología SMT se ajusta a la tendencia de desarrollo, la soldadura de retorno reemplaza la soldadura de pico, lo que mejora aún más la tasa de rendimiento de los PCB y también plantea nuevos requisitos para el embalaje ic. El desarrollo de la tecnología de fabricación de chips de circuitos integrados cumple con sus requisitos. El encapsulamiento IC ha desarrollado un soporte de chip de alambre encapsulado en plástico (plcc) con una distancia de alambre de 1,27 mm y un encapsulamiento de cuatro planos (qfps) con una distancia de alambre de 0,8 - 1,0 mm. Formas de encapsulamiento compactas, complementadas por pequeños enchufes en línea de doble fila (s - dip), espaciamiento de pin de 1.778 mm, encapsulamiento pequeño (sop), espaciamiento de pin de 1.778 mm, encapsulamiento de Soldadura automática con carga (tap), etc., las formas de encapsulamiento se diversifican cada vez más. Sin embargo, solo un objetivo es reducir el área para ajustarse a la tendencia de miniaturización, adelgazamiento y automatización de ensamblaje de productos electrónicos.

A principios de la década de 1990 y mediados de la década de 1990: encapsulamiento de pequeño contorno de espaciamiento estrecho (ssop), encapsulamiento de cuatro planos de espaciamiento estrecho (qfps), encapsulamiento de matriz de rejilla esférica (bga) con el rápido desarrollo de la tecnología informática, la industria informática representada por computadoras personales (pc) experimentó un rápido desarrollo de 386 a 486 a 586. Con el desarrollo de cada generación, la integración de los circuitos integrados y la velocidad para apoyar su desarrollo han dado un paso. Por un lado, las computadoras se expanden a estaciones de trabajo de alta gama y supercomputadoras; Por otro lado, microsoft, en particular, ha lanzado un histórico sistema operativo Windows que ha transformado las computadoras de expertos en civiles y de empresas en hogares, con lo que la industria informática ha experimentado cambios significativos en calidad y cantidad. En este momento, el plcc original, el qfps y el SOP ya no pueden cumplir con sus requisitos de desarrollo. En el PCB smt, se introducen encapsulamientos más pequeños y delgados. El encapsulamiento de forma pequeña de espaciamiento estrecho (ssop) se utiliza junto con el espaciamiento de los pines. 0,65 mm, encapsulamiento plano de alambre de cuatro lados de espaciamiento estrecho (qfps), y el espaciamiento de alambre de 0,65 MM es el formato de encapsulamiento representativo; En particular, se propone la forma de encapsulamiento de una matriz de rejilla de bolas (bga) con alambre interior y se ordena orgánicamente el bga típico. la parte inferior sustituye al marco de alambre en el encapsulamiento tradicional, lo que aumenta considerablemente los pines de salida IC y facilita la forma original de 400 Pines qfps de SMT en bga, lo que permite aplicar En la práctica la función de alta integración del chip ic.

A mediados y finales de la década de 1990, con el auge de la industria de la tecnología de la información, la prosperidad de las comunicaciones inalámbricas y la aparición de multimedia, la cantidad de información en todo el mundo aumentó drásticamente. El intercambio y la transmisión de información y datos han logrado una gran capacidad, alta velocidad y digitalización, lo que ha promovido el desarrollo de equipos de información electrónica de alto rendimiento y alto rendimiento. El rápido desarrollo de la integración y la alta fiabilidad ha permitido el rápido desarrollo de la industria de la información electrónica; Las tecnologías clave que apoyan su desarrollo son la tecnología de montaje de ic, incluida la tecnología de encapsulamiento de IC y la tecnología SMT de pcb. El encapsulamiento IC es la célula de un dispositivo de información electrónica. En los últimos años, ha entrado en un período de rápido desarrollo, y nuevas formas de embalaje han surgido y se han aplicado constantemente. El encapsulamiento IC no solo sirve como una manifestación funcional del chip ic, sino que también protege el chip; Al mismo tiempo, también satisface el creciente rendimiento, fiabilidad, disipación de calor y distribución de potencia a un cierto costo, incluyendo los siguientes requisitos: 1) el aumento de la velocidad del CHIP y la Potencia de procesamiento requiere más pins, frecuencias de reloj más rápidas y una mejor distribución de potencia. 2) se necesitan más funciones, menor consumo de energía y menor tamaño. 3) hacer que los productos electrónicos ensamblados sean más delgados, más ligeros y más pequeños. 4) cumplir más con los requisitos ambientales. 5) el precio es más barato.

Tendencia de desarrollo del embalaje IC

El desarrollo de la tecnología de embalaje de los materiales de embalaje ha desempeñado un gran papel en la promoción del desarrollo de los materiales de embalaje. A su vez, el desarrollo de materiales de embalaje promoverá aún más el desarrollo de la tecnología de embalaje. Los dos se promueven y se restringen mutuamente. En los últimos años, los materiales de embalaje han mostrado una tendencia de rápido crecimiento. En 2003, las ventas globales de materiales de embalaje alcanzaron los 7.900 millones de dólares, de los cuales las ventas de sustratos de embalaje rígidos alcanzaron los 2.000 millones de dólares, las ventas de sustratos de poliimida resistente (pi) y sustratos de unión automática de cinta (tab) alcanzaron los 320 millones de dólares, y las ventas de marcos de alambre alcanzaron los 2.620 millones de dólares. De ellos, 1.280 millones para cables metálicos, 1.250 millones para compuestos de moldeo, 240 millones para adhesivos de parches y 90 millones para resina de poliimida.

El material de encapsulamiento de resina epoxi líquida es de 70 millones de dólares estadounidenses, el pegamento de fondo líquido es de 40 millones de dólares estadounidenses y la bola de micro - soldadura es de 60 millones de dólares estadounidenses. En 2008, las ventas mundiales de materiales de embalaje alcanzaron los 12.000 millones de dólares estadounidenses, con una tasa de crecimiento anual del 20%.

La situación actual y las tendencias de desarrollo de varios materiales de embalaje de circuitos integrados que están más estrechamente relacionados con el embalaje de circuitos integrados y son los más críticos se exponen uno por uno.

El compuesto de moldeo por resina (emc) EMC es líder en el campo de los materiales de encapsulamiento de circuitos integrados debido a su bajo costo, proceso simple y adecuado para la producción a gran escala. En la actualidad, el 97% de los envases de circuitos integrados del mundo utilizan emc. Con el rápido desarrollo de circuitos integrados y tecnología de encapsulamiento, EMC muestra cada vez más su papel básico y de soporte. La tendencia de desarrollo tecnológico de los agentes de encapsulamiento de plástico Epóxido es la siguiente:

1. para satisfacer las necesidades del vlsi hacia una alta densidad y un alto número de I / o, está avanzando hacia formas de encapsulamiento adaptadas a una alta densidad y un alto número de I / o (como bga). " Desarrollo de la dirección;

2. adaptarse al rápido crecimiento de la demanda de productos electrónicos portátiles representados por teléfonos móviles, computadoras portátiles, pantallas planas, etc., y adaptarse al desarrollo de la miniaturización, adelgazamiento, asimetría y encapsulamiento de bajo costo (csp / qfn);

3. con el fin de cumplir con los requisitos de soldadura sin plomo y protección del medio ambiente verde, se ha desarrollado rápidamente en la dirección de alta resistencia al calor y ignífuga sin bromo.

El sustrato de embalaje multicapa de alta densidad, el sustrato de embalaje multicapa de alta densidad, se utiliza principalmente como transición eléctrica entre el Chip Semiconductor y la placa de circuito impreso tradicional (pcb), al tiempo que proporciona protección, soporte y disipación de calor para el chip. En los costos de fabricación de dispositivos de encapsulamiento avanzados basados en bga y csp, los sustratos de encapsulamiento representan una gran proporción, alcanzando el 40% - 50% y el 70% - 80%, respectivamente.

El material de embalaje de resina epoxi líquida es el material de embalaje representativo del tercer cambio revolucionario en la tecnología de embalaje microelectrónico. Es uno de los materiales de encapsulamiento clave necesarios para bga y csp, que incluye principalmente el relleno inferior de resina líquida de FC - bga / CSP (underfill) y el material de encapsulamiento de chip de resina líquida (encapsuladores) categoría 2.

La resina fotosensible de polímero incluye principalmente tres tipos: resina fotosensible de poliimida (pspi), resina fotosensible BCB y resina fotosensible epoxidada. Se utilizan principalmente en procesos de fabricación de bolas y ensamblaje multicapa (bum) de conjuntos de bolas de soldadura en la superficie de chips bga y csp. El aislamiento entre capas de las líneas de señal epitaxiales encapsuladas es el material de encapsulamiento clave de bga / csp.

Los adhesivos conductores / conductores de calor de alto rendimiento conductores / conductores de calor incluyen principalmente adhesivos conductores de electricidad, adhesivos conductores de calor, etc., que se utilizan principalmente para pegar chips IC en marcos de alambre o sustratos. En la actualidad, los adhesivos conductores y conductores de calor más comunes en el mercado son principalmente resina epoxi o éster de poliuretano, resina de silicona, etc., como resina de matriz, rellenando polvo de plata conductor en forma de escamas (o alúmina, nitruro de silicio, etc.) y luego agregando agentes de curado, aceleradores, tensoactivos, agentes de acoplamiento, etc., para lograr las propiedades integrales necesarias. Al mismo tiempo, para cumplir con los requisitos de alta resistencia al calor de los productos electrónicos, la poliimida también se puede utilizar como resina de matriz. Los adhesivos conductores de resina se pueden dividir en dos categorías: adhesivos conductores isotrópicos y adhesivos conductores isotrópicos. Según la composición, el pegamento conductor epoxidado se divide en dos formas: un componente y dos componentes. En la actualidad, el componente único es la forma principal.

Con el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados de micrones, submicrones, submicrones profundos y nanómetros, el aislamiento interno de los circuitos integrados es cada vez más delgado, las propiedades antiestáticas son cada vez más débiles, y la protección estática es insuficiente en el uso a gran escala y el uso de materiales orgánicos poliméricos que producen y acumulan carga eléctrica (como plástico, caucho, etc.), lo que resulta en daños cada vez más graves a los circuitos integrados por descarga estática. Por lo tanto, es imperativo formular medidas de protección estática relevantes. La protección estática de circuitos integrados debe considerarse en combinación con muchos factores, como el diseño de chips, el procesamiento de chips y el embalaje. La descarga estática tiene una relación inseparable con el rendimiento, el rendimiento y la fiabilidad de los circuitos integrados. El chip suele estar diseñado con una estructura de circuito de protección ESG de pinzas de potencia, una estructura de circuito de protección ESG de bus de potencia y un convertidor de corriente, y utiliza tecnologías como puertas semiflotantes, balastros y acoplamiento de sustrato para mejorar el circuito, de modo que el circuito se ejecute en descarga estática. protección efectiva. Las medidas de protección estática de las líneas de proceso de procesamiento de obleas y encapsulamiento de circuitos integrados son similares. La descarga estática puede destruir el circuito integrado y tiene fallas destructivas, potenciales y lentas. Los circuitos completamente perforados y dañados por la electricidad estática durante el proceso de encapsulamiento pueden ser rechazados durante la producción o el proceso de prueba; Pero si no están completamente dañados por la descarga estática, los circuitos tendrán posibles riesgos de fiabilidad. Incluso con instrumentos complejos es difícil detectar cambios en el rendimiento. Sin embargo, con el uso del circuito, el daño acumulado causado por la descarga estática se profundiza y se vuelve grave.

Causa un fallo en el circuito. Por lo tanto, una protección estática efectiva del sistema es de gran importancia para garantizar la calidad y fiabilidad de la producción y fabricación de líneas de encapsulamiento de circuitos integrados.

La falla temprana del circuito integrado del problema del cráter del sistema de encapsulamiento es el principal factor que afecta la calidad interna de los productos electrónicos y toda la máquina. Las formas de falla temprana son diversas, y las fosas en la superficie del chip son un factor clave. Como todos sabemos, el encapsulamiento de circuitos integrados consiste en conectar el chip y el marco del cable con un cable a través de una soldadura a presión, y luego encapsularlo con un sellador de plástico para proporcionar salida y protección al chip de circuitos integrados, evitando daños causados por factores humanos o ambientales, garantizando así la estabilidad y el funcionamiento confiable del circuito integrado. La depresión es un fenómeno en el que la capa de aluminio de la almohadilla de aluminio del CHIP y el compuesto de silicio inferior se destruyen debido a diversos factores durante el proceso de encapsulamiento del Circuito de recolección. Con el rápido desarrollo de la tecnología de diseño de circuitos integrados, la miniaturización y versatilidad de los chips han llevado a la aparición de cableado multicapa en el diseño de chips, y cada vez hay más productos con dispositivos y circuitos bajo almohadillas de aluminio. Al mismo tiempo, aparecieron la tecnología de alambre de cobre y la tecnología de plantación de bolas. Para mejorar la fiabilidad de los productos, la prevención de cráteres IC y fallas tempranas se ha vuelto cada vez más importante bajo los requisitos de los clientes para productos de alta calidad y bajo costo, como la tecnología de encapsulamiento.

Perspectivas de encapsulamiento IC

Desde el punto de vista técnico, hasta ahora, el encapsulamiento IC ha pasado de DIP a wlapcsp y soc, logrando una conversión funcional de la superficie a la capa interior y de simple a complejo. La futura tecnología de encapsulamiento se combinará con la fabricación de chips SMT e ic, lo que producirá dos extremos en el encapsulamiento ic.

1. para dispositivos electrónicos complejos y multifuncionales, el encapsulamiento se complicará y la integración de la tecnología se fortalecerá aún más debido a la necesidad de lograr una integración multifuncional.

2. debido a la presencia de soc, la integración del sistema hará que su presentación externa sea más simple para dispositivos electrónicos con funciones comunes. El encapsulamiento IC seguirá regresando hasta cierto punto.

Desde el punto de vista de las necesidades sociales, desde las radios simples hasta las pc, pasando por las complejas supercomputadoras de hoy, la industria de ti está en ascenso y las necesidades sociales también se polarizarán: 1. Construir puentes para la transmisión de información a alta velocidad con dispositivos electrónicos de transmisión de ti públicos más poderosos y complejos. 2. los productos de consumo electrónico personal con el objetivo de la demanda pública final, como pc, teléfonos móviles, suministros de oficina electrónicos, etc., están evolucionando hacia la miniaturización y personalización: las necesidades de la sociedad también se extenderán hacia la diversificación y la ecologización.

A partir de las leyes anteriores, podemos ver que, por un lado, el embalaje IC se extiende a un nivel superior: alta densidad, alta velocidad, alta fiabilidad, diversificación y protección del medio ambiente son su tendencia de desarrollo y la corriente principal del futuro. Por otro lado, algunas formas de encapsulamiento que ya existen en el proceso de desarrollo seguirán existiendo durante un cierto período de tiempo: porque con la mejora de la integración y la mejora de la función, la máquina completa original puede convertirse en un solo chip, como un semiconductor al principio. Este tipo de radio se ha convertido en una radio de un solo chip, tan pequeña que se puede poner en la oreja.