Подложка ИС - История разработки технологии упаковки чипов IC

Упаковка чипов IC необходима для микросхем ИС, поскольку чипы должны быть изолированы от внешнего мира, чтобы предотвратить пыль и примеси в воздухе, которые разрушают микросхемы, что приводит к снижению электрических характеристик или даже отказу электрических функций. 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, « он также является мостом, соединяющим внутренний мир чипа и внешние схемы на чипе. Точки соединения соединяются проводами к корпусу упаковки, которые соединяются с другими устройствами через провода на печатной плате. Кроме того, размер, форма, количество выводов, интервал и длина упаковки имеют стандартные спецификации. Он не только облегчает упаковку и обработку интегральных схем, но и интегральных схем и печатных плат, соответствующие производственные линии и производственное оборудование являются универсальными. Это очень удобно и легко стандартизируется для пользователей упаковки, производителей полупроводников и производителей.

В целом, 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; Стандартные размеры и формы. инкапсуляция интегральных схем развивается с развитием интегральных схем. При непрерывном развитии различных отраслей, таких как военные, космические, авиационные и механические, вся машина также развивается в направлении многофункциональности и миниатюризации, что требует интеграции интегральных схем. Все выше и выше, функция становится все более сложной, соответственно требует, чтобы плотность упаковки интегральной схемы становилась все больше и больше, применимая частота становится все выше и выше, термостойкость становится все лучше и лучше, провода все больше и больше, объем становится все больше и больше. 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. В это время технологические потребности просто ищут более стабильную работу, потому что, с одной стороны, производство чипов IC все еще находится на начальной стадии, степень интеграции очень низкая; С другой стороны, объем самой машины, от ламп до транзисторов, значительно уменьшился, поэтому нет больше требований к упаковке IC. Таким образом, на этом этапе наиболее достижимая упаковка, представленная двухрядной прямой вставкой (DIP), дополненная однорядной прямой вставкой (SIP) и сеточной решеткой выводов (PGA), удовлетворяет потребности волновых сварных компонентов монтажных плат (PCB). На данный момент расстояние между проводами составляет около 2,54 мм.

1980 - е годы: Пластиковая упаковка (PLCC) и четырехплоская упаковка (QFP) с носителем чипа для проводов с введением технологии поверхностной установки (SMT) в 1978 году, размер всей машины уменьшается, а площадь платы также уменьшается. Технология SMT соответствует тенденции развития, обратная сварка заменяет волновую сварку, что еще больше улучшает хорошую скорость PCB, а также предъявляет новые требования к упаковке IC. Развитие технологии производства микросхем соответствует ее требованиям. Корпус IC разработал пластиковый инкапсуляционный чип - носитель с интервалом между выводами 1,27 мм (PLCC) и четырехплоский 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), расстоянием между выводами и выводами 1778mm, автоматической сварной упаковкой с загрузкой (TAP) и т. Д. Формы упаковки становятся все более разнообразными. Тем не менее, есть только одна цель - уменьшить площадь в соответствии с тенденцией к миниатюризации, тонкой формации и автоматизации сборки электронных продуктов.

Начало 1990 - х и середина 1990 - х годов: узконаправленная малопрофильная упаковка (SSOP), узконаправленная четырехплоская упаковка (SQFP), упаковка с шаровой решеткой (BGA) С быстрым развитием компьютерных технологий компьютерная индустрия, представленная персональными компьютерами (ПК), пережила быстрое развитие от 386 до 486 до 586. С каждым поколением интегральность интегральных схем и скорость, поддерживающая их развитие, пересекают один шаг. С одной стороны, компьютеры распространяются на высокопроизводительные рабочие станции и суперкомпьютеры; С другой стороны, Microsoft, в частности, запустила эпохальную операционную систему Windows, которая превратила компьютеры из экспертов в гражданских лиц и из бизнеса в дома, что привело к значительным изменениям в качестве и количестве компьютерной индустрии. На данный момент оригинальные PLCC, QFP и SOP больше не отвечают требованиям разработки. В PCB SMT вводятся более мелкие и тонкие упаковки. Малогабаритная упаковка с узким интервалом (SSOP) используется вместе с расстоянием между выводами. 0,65 мм, узкий интервал четырехсторонний плоский корпус выводов (SQFP), интервал между выводами 0,65 мм представляет собой форму упаковки; В частности, была предложена форма упаковки шаровой решетки с внутренними выводами (BGA), и типичные BGA были органично расположены вместе. Нижняя часть заменила рамку выводов в традиционной упаковке, что значительно увеличило вывод IC и облегчило реализацию оригинальной 400 - контактной QFP формы SMT в BGA, что сделало высокоинтегрированную функцию чипа IC доступной на практике.

В середине и конце 90 - х годов объем информации во всем мире резко возрос в результате развития индустрии информационных технологий, процветания беспроводной связи и появления мультимедийных средств. Обмен и передача информации и данных достигли большой емкости, высокой скорости и оцифровки, что способствовало развитию высокопроизводительного и высокопроизводительного электронного информационного оборудования. Быстрое развитие интеграции и высокой надежности позволяет быстро развивать электронную информационную индустрию; Ключевыми технологиями, лежащими в основе его разработки, являются технологии сборки IC, включая упаковку IC и технологию PCB SMT. Пакет IC - это ячейка электронного информационного устройства. В последние годы он вступил в период быстрого развития, новые формы упаковки постоянно появляются и приобретают применение. инкапсуляция IC не только как функциональное проявление чипа IC, но и как защита чипа; В то же время он также удовлетворяет растущую производительность, надежность, теплоотдачу и распределение мощности с определенной стоимостью, включая следующие требования: 1) Увеличение скорости чипа и мощности обработки требует большего количества выводов, более быстрых тактовых частот и лучшего распределения мощности. 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

Развитие упаковочных материалов Технология упаковки оказывает огромное влияние на разработку 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 по всему миру достиг 7,9 млрд. долл. США, из которых продажи жестких упаковочных подложек составили 2 млрд. долл. США, вязких полиамидных (PI) подложек и ленточных автоматических клеящихся (TAB) подложек - 320 млн. долл. США, а штыревых рам - 2,62 млрд. долл. США. Из них 1,28 млрд. долл. США были потрачены на металлические провода, 1,25 млрд. долл. США - на формовочные соединения, 240 млн. долл. США - на пластырные клеи и 90 млн. долл. США - на полиамидные смолы.

Объем жидких эпоксидных упаковочных материалов составляет 70 млн. долл. США, жидкого донного клея - 40 млн. долл. США, микросварочных шаров - 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 формовочные соединения (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 вспомогательную роль. Тенденции в области технологии эпоксидных пластмассовых уплотнителей заключаются в следующем:

Чтобы удовлетворить потребность в развитии VLSI в направлении высокой плотности и высоких чисел ввода / вывода, он движется к форме 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 формации, асимметрии, недорогого инкапсуляции (CSP / QFN);

3. Для удовлетворения требований к неэтилированным сварным материалам и экологичности быстро продвигаться в направлении высокой термостойкости, без бромированной огнестойкости.

Высокая плотность многослойной инкапсуляционной матрицы Высокая плотность многослойной упаковочной матрицы в основном используется в качестве электрического перехода между полупроводниковыми чипами и традиционными печатными платами (PCB), обеспечивая защиту, поддержку и охлаждение чипов. В издержках производства передовых упаковочных устройств на основе BGA и CSP значительная доля приходится на упаковочные подложки, которые могут достигать 40 - 50% и 70 - 80% соответственно.

Упаковочный материал из жидкой эпоксидной смолы является репрезентативным упаковочным материалом для 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 FC - BGA / CSP (underfill) и материалов для упаковки жидких эпоксидных чипов (Encapsulators) 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 сборки (BUM) поверхностных сварных шаровых массивов чипов BGA и CSP. Межслойная изоляция, основанная на инкапсулированных эпитаксиальных сигнальных линиях, является ключевым упаковочным материалом BGA / CSP.

Высокопроводящие / теплопроводные клеи Высокопроводящие / теплопроводные клеи в основном включают проводящие клеи, теплопроводные клеи и т. Д., В основном используются для вставки чипов IC на раму или фундамент. В настоящее время наиболее распространенными проводящими и теплопроводными связями 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 добавьте отвердитель, ускоритель, поверхностно - активный агент, спаренный агент 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.

Электростатическая обработка системы упаковки с развитием микрон, субмикрон, глубоких субмикрон и нанометровых интегральных схем, внутренняя изоляция интегральных схем становится все тоньше и тоньше, антистатические свойства становятся все слабее и слабее, материалы, генерирующие и накапливающие заряд (например, пластмассы, резина и т. Д. Поэтому необходимо разработать соответствующие меры электростатической защиты. Статическая защита интегральных схем должна рассматриваться в сочетании со многими факторами, такими как проектирование чипов, обработка чипов и упаковка. электростатический разряд неразрывно связан с производительностью, готовостью и надежностью интегральной схемы. Этот чип обычно использует силовые щипцы ESD для защиты структуры схемы, шины электропитания ESD защиты схемы и токового шунта и других конструкций, с использованием полуплавающей решетки, балласта, подложечной связи и других технологий для улучшения схемы, чтобы выполнять цепь при электростатическом разряде. Эффективная защита. Меры электростатической защиты технологических линий обработки кристаллического круга и инкапсуляции интегральных схем аналогичны. электростатический разряд разрушает интегральную схему с разрушительными, потенциальными и медленными неисправностями. Схемы, которые были полностью прорваны и повреждены статическим электричеством во время упаковки, могут быть отклонены во время производства или испытаний; Но если они не будут полностью повреждены электростатическим разрядом, схема будет иметь потенциальную угрозу надежности. Даже при использовании сложных приборов 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 электростатическая защита системы имеет большое значение для обеспечения качества и надежности производства упаковочных линий интегральных схем.

Проблема воронки в системе упаковки Ранний отказ интегральной схемы является основным фактором, влияющим на внутреннее качество электронных продуктов и всей машины. Ранние формы отказов разнообразны, и ключевым фактором является выемка поверхности стружки. Общеизвестно, что инкапсуляция интегральных схем заключается в соединении чипа и рамы выводов с проводами посредством сварки под давлением, а затем инкапсулируется пластиковым герметиком, чтобы обеспечить выход и защиту чипов интегральных схем, чтобы избежать повреждения человеческих или экологических факторов, тем самым обеспечивая стабильность и надежную работу интегральных схем. Вмятина - это явление разрушения алюминиевого слоя алюминиевого сварного диска чипа и кремниевых соединений ниже во время инкапсуляции цепи сбора из - за различных факторов. С быстрым развитием технологии проектирования интегральных схем миниатюризация и многофункциональность чипов привели к появлению многослойной проводки в дизайне чипов, и все больше и больше продуктов с устройствами и схемами под алюминиевыми сварочными дисками. В то же время появилась технология медной проволоки и технология выращивания шариков. Чтобы повысить надежность продукции, предотвращение кратеров IC и ранних неисправностей становится все более важным в соответствии с требованиями клиентов к высококачественным и недорогим продуктам, таким как технология упаковки.

Перспективы упаковки IC

С технической точки зрения, упаковка IC до сих пор развивалась от DIP до WLPCSP и SOC, обеспечивая функциональный переход от поверхности к внутреннему слою и от простого к сложному. Будущая технология упаковки будет сочетаться с производством чипов SMT и IC, что создаст две крайности для упаковки IC.

Для сложных и многофункциональных электронных устройств упаковка станет более сложной из - за необходимости многофункциональной интеграции, и интеграция технологий будет еще более усилена.

Благодаря SOC интеграция системы упростит ее внешние проявления для электронных устройств с универсальными функциями. Пакет IC вернется в определенной степени.

С точки зрения социальных потребностей, от простых радиоприемников до ПК и современных сложных суперкомпьютеров, ИТ - индустрия находится в восходящем потоке, и потребности общества будут поляризованы: 1. Передача электронных устройств с более мощными и сложными общественными ИТ - устройствами 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 персонализации: потребности общества также будут расширяться в направлении диверсификации и экологизации.

Из приведенных выше законов видно, что упаковка IC, с одной стороны, простирается на более высокий уровень: высокая плотность, высокая скорость, высокая надежность, диверсификация и охрана окружающей среды являются его тенденцией развития, а также основным направлением будущего. С другой стороны, некоторые формы инкапсуляции, которые уже существовали в процессе разработки, будут существовать в течение определенного периода времени: так как с улучшением интеграции и функциональности оригинальная машина может быть преобразована в один чип, например, в первый полупроводник. Это радио превратилось в монолитный радиоприемник, который достаточно мал, чтобы поместить его в ухо.