下面是小编为大家整理的微电子封装切筋系统和模具探讨,供大家参考。
微电子封装切筋系统和模具探讨
关于微电子封装点胶技术的探讨
随着现代科技的发展，基于微电子技术的流体点胶技术在芯片固定、封装倒扣以及芯片涂敷中得以广泛应用。流体点胶技术以受控的方式对流体精确分配，可将理想大小的流体，如焊剂、导电胶、环氧树脂和粘合剂等，转移到工件诸如芯片、电子元件等合适位置。从而实现各种元器件机械或者电气的连接。基于微电子封装点胶技术的优势特点是操作系统性能好，点胶速度快和点胶一致性优良、精度高等特点[2]。
1 点胶技术综述
基于点胶原理的不同，可将点胶技术分为接触式点胶和无接触式点胶[3，4]，如图 1 所示。接触式点胶的工作原理是通过点胶针头引导液同基板接触，经过一段时间后待基板完全浸润后，点胶针头开始向上运动，胶液依靠同基板间的黏性力同点胶针头分离在基板上形成胶点。接触式点胶技术的特点是需要配置高精度的传感器来控制针头抬起和下降高度。无接触式点胶是采用相关方式使胶液受到高压作用，胶液在获得足够大的动能后按照规定的速度喷射到基本之上。胶液在喷射时，针头没有 Z 轴方向位移[3]。近几年来，点胶技术得以快速发展，已经从接触式点胶技术向无接触式点胶技术转变。当前国外已经开始研究和开发无接触式点胶技术，并取得了一定的成绩。不过，就我国而言，目前还有超过一般以上的点胶系统仍旧采用接
触式针头点胶，且以时间/压力型为主[2]；无接触式点胶系统市场份额占有率低下，所以，针对我国点胶技术发展实际，加强对精度高、可靠性强的流体点胶技术研究和开发势在必行[5]。
2 接触式点胶
大量式点胶
大量式点胶可细分为针转式点胶和丝网印刷式点胶两种。大量式点胶的突出特点是点胶速度快。可适用于印刷电路板的大规模生产线，其缺点是柔性差，点胶的精度不是很高，一致性差，且胶液是直接暴露在空气中，胶液容易吸水和挥发，影响胶液质量。针转移式点胶的适应性比较差，对于不同的点胶样式需要更换针板，在点胶时需不停加热，重复适用性差。丝网印刷式点胶仅仅适用表面比较平整的元器件，而对于表面凸凹不平的集成电路则不适用。[2，4，6]。
针头式点胶
计量管式点胶和活塞式点胶
计量式点胶和活塞式点胶是继大量式点胶后的一种新型点胶方式。这两种点胶方式都是通过压力驱动胶液流出完成点胶。计量式点胶是由螺旋杆旋转提供压力，在压力作用下胶液流出，针头按照一定的轨迹移动可画出线或者圆等图案。活塞式点胶是通过活塞作用推动胶液流出完成点胶。该点胶方式的一致性好，不过胶液的量不好控制，活塞清洗困难，对活塞的密封性要求极高[2，4，6]。
时间/压力型点胶
时间/压力型点胶是当前应用最为广泛的点胶方式之一，该种点胶方式最早的应用在表面贴装中。其工作原理是通过脉动气压挤压针筒内的活塞，
将流体通过底部针头挤出到基板上。该种点胶技术适用于黏度不是很高的流体；其胶点大小同气体压力和时间有关。该种点胶设备的造价比较低，容易操作，维护和清洗方便。不过该种点胶方式对流体的黏度很敏感，气压反复压缩使流体温度逐渐升高，对流体的流变特性造成了一定影响，比如胶液流出的直径大小不一，点胶一致性效果差。
3 无接触式点胶
无接触式点胶是当前一种基于微电子技术的新型点胶技术，该点胶技术可细分为喷墨点胶和喷射点胶。其中喷射点胶又分为机械式喷射点胶和压电式喷射点胶两种方式。
喷墨技术
喷墨技术指的是将墨水喷涂到基底上面的技术。喷墨方式有热气泡式和压电式。该种技术主要应用在印刷、压电式喷墨和药剂生产方面。热气泡式喷墨是对热敏电阻通电，产生热能加热墨水产生气泡，气泡爆破后墨水喷出形成墨滴；压电式喷墨是利用压电材料压电效应产生机械力，通过机械力将墨水“挤”或“推”出去。不过需要提出的是，微电子封装中所使用的流体黏度一般都比较高，而喷墨技术只适用于低黏度流体的喷墨。在流体材料适用性方面表现的能力比较欠缺。
喷射点胶技术
喷射点胶技术当前还处于研发阶段，技术还不够成熟。该技术主要是通过瞬间高压作用驱动胶液喷出，每次喷射只能形成一个胶点。经过多次喷射后胶点叠加在一起形成图案。喷射点胶基本上对各种黏度的流体适用。并且喷射的速度快、适
应性和一致性好。当前，喷射点胶技术有机械式和压电式两种。其中，压电式点胶适用于低、中黏度流体；机械式点胶适用于黏度高的流体。
机械式喷射点胶
机械式喷射点胶主要用于喷射高黏度流体，目前在电子生产领域得以广泛应用。采用机械师喷射点胶，流体在比较低的压力作用下就能进入到料腔内。一般而言，芯片下填充料粘结剂的压力控制在左右；液晶类黏度比较低的材料压力控制在左右。该技术的特点是液体在喷嘴位置可获得极强瞬时压力，可对黏度高的流体进行喷射；其缺点是喷射出的胶点要比压电式、热气泡式所喷射的胶点尺寸大很多[3，7]，并且其结构比较复杂，喷射频率要低于压电式。
压电式喷射点胶
压电式喷射点胶装置主要有两大类型。一类是压电式点胶作为热喷墨印刷技术应用于 LED 中有机颜料的注入；另一类是压电式喷射点胶是应用于电子器件紫外固化粘结剂包封。
4 结语
综上，随着现代科学技术的发展，微电子封装点胶技术必将会向新台阶迈进。本文针对微电子封装的接触式点胶技术和无接触式点胶技术的应用及优缺点进行了简要的介绍和分析。仅供业内人士参考。
微电子封装切筋系统和模具探讨
微电子封装业和微电子封装设备
虽然 2001 年国际微电子产业因遭遇 4~5 年一次的“硅周期”、网络泡沫破产、“”事件等的影响，产值出现了灾难性的暴跌，比 2000 年下降%,2002 年的增长率也只有%，但预计 2003 年的增长率将达到 15%，将超过 1992~2002 年的年平均增长率%。如果国际上不出现重大的突发事件,2004 年也将会有大于 10%的增长率。像微电子产业这种 30 年保持高速发展，长盛不衰的情况在其他产业中是很少见的。
导体行业协会按 Moore 定律共同制定的“国际半导 2 半导 体 技 术 发 展 的 趋 势 仍 将 遵 循 莫 体 技 术 发 展 路 线"(InternationalTechnologyRoadmapof 尔定律而不断前进Semiconductors)在发展，甚至有时实际进展速度还快于原定的时间表。主要与微电子封装有关的 1999 国际半导体技术的发展仍将遵循国际上各国半~2014 年 15 年的 1C 技术发展路线列。
晶体管数)是每 2 年增加 1 倍。预计这 15 年内与微电子封装业有关的主要发展趋势是：最大芯片尺寸将增大 1 倍(从450_2 增大到 937_2);高性能类电路的芯片上最高 I/O 端数将从 2304 个增加到 4416 个，提高约 90%;而高性能类封装的最大引出端数将从 1600 个增加到 8758 个，增加倍;芯片上的压焊盘节距将缩小到 35~40 日用品类 1C 的封装厚度将从
1mm 减小到,降低 50%;高性能类 1C 的芯片-板级速度将从1200MHz 提高到 3600MHz,提高 2 倍;便携式类器件的电源电压将从~降为~,减小到原来的1/3;高性能类1C的最大功耗将从 90W 提高到 183W,增大 1 倍;而封装价格将进一步降低，价格性能类 1C 产品将从~美分/引线降为~美分/引线，存贮器类 1C 产品的封装价将从~美分/线降为~美分/线，即为原来的 1/2~1/5。
3BGA、CSP、WLP 等几类新颖封装
为了适应半导体器件体积越来越小、封装密度越来越高、引出端数越来越多、工作频率越来越高的要求，上世纪 90年代出现了 BGA、CSP、WLP 等几类新颖封装，并得到了快速发展。BGA 是英文 BallGridArray 的缩写，中文称为“焊球阵列”。这类封装的基本特征是引出端采用布置在封装基板底平面上的焊球阵列。根据基板和包封材料不同，可以分为塑料焊球阵列(PBGA)、陶瓷焊球阵列(CBGA)、金属焊球阵列(MBGA)和载带焊球阵列(TBGA)等。典型的 PBGA 结构如图 1所示。BGA 封装的特点是引出端布置在封装体的下表面上因此可容纳较多的引出端数，内引出线短、电性能
和热性能好，芯片腔可较大，可容纳较大面积的芯片，非常适合于封MPU及一些ASIC电路。BGA的主流产品是PBGA，PBGA 封装中的多层 PCB 基板制造、植球、回流等类似于 SMT工艺，其余是与 QFP 等传统封装工艺类似。CSP 是英文
ChipsizePackage 的缩写，我国称为“芯片尺寸封装”。CSP的基本特征是封装在印制板上所占面积比芯片面积不大于~倍。这是一种封装密度很高的封装，它们的引出端也只能布置在封装底面上，可以是 4 周排列，也可以是面阵列排列(这时也可称为微焊球阵列，如 yBGA,mBGA 等)。因为它的封装底平面比芯片面积大不了多少，因此即使节距很小，总的封装引出端数也不可能很多，故主要适用于少或中等数量的引出端封装，少数几种也可达到 400 个 I/O 以上，但这类往往已 是 WLP 封 装 了 。
一 般 CSP 的 外 形 WLP 是 英 文WaferLelelPackaging 的缩写，称为“圆片级封装%它实际上是一种在圆片上完成主要封装工艺的 CSP，即它们在封装密度上(封装面积/芯片面积)属于 CSP。但主要的封装工艺不是像传统封装工艺那样:将前道工序加工后的桂圆片先分离成管芯，再逐个管芯地去进行粘片_引线键合一塑封等后道封装加工,而是在前道加工完后的硅圆片上进行再布线-形成焊盘-塑料包封-植焊球_分离成单个 1C 器件。WLP 的主要封装工艺都是在圆片级而不是管芯完成的，故它的“封装设备”有许多与前道工序是类同的，只是加工的线宽和间距不同而已，如涂光刻胶、光刻、电子束蒸发或溅射、细线条刻蚀等。而有的设备则与传统封装用的设备类似，如切割分离、打印、包装等。有的设备是它特有的,如圆片电镀设备等。
4 我国将成为世界主要封装基地
我国的微电子封装虽起步很早，但过去经营模式陈旧、技术落后、产量低、发展很慢。近几年来在发展驱动力、经营主体、经营模式、产品对象等方面已基本完成了适应时代产业发展的转变。发展驱动力和产品已由主要受军工和宇航需要的驱动、经费以政府和军方的资助为主，转变为主要受商品市场的需求推动和各公司筹资为主。在经营模式上由过去综合式的、小而全或大而全、从设计圆片加工、封装测试样样俱全的半导体生产企业，转变为目前多数已分离为设计、圆片制造、封装测试三业分立，经营主体已由过去单一的国营企业转变为国营、私营、海外独资、海内外合资多种形式，而且目前微电子封装业中海外独资和合资企业的封装能力已占全国封装总量的 80%以上。国际上半导体产值排名前 20位的半导体企业已有 15 家在中国投资设立半导体封装厂，如莫托洛拉、11^1、181\/[、^、姻(]、松下、三菱、日立、富士通等,还有许多中国台资企业。
由于中国是世界上消费类、通信类微电子产品的最大消费国之一，中国有很大的微电子产品市场缺口：需求量很大，生产能力或国内供给能力相差很大(数量上的缺口为 60%~7〇%),国内政局稳定，实行一系列的优惠外资和微电子产业的政策，有一批优秀的技术人才和劳动力,工资成本相对较低，综合国力的提髙，经济建设进一步扩大，人民生活的进一步提高，国内外市场将进一步扩大。这些都是吸引国内外
企业在我国 ic 产业投资的基本因素。以致形成这几年中国半导体产业在世界上“一枝独秀”的情景，如 2001 年全世界的 1C 产业下降%,中国只是下降 3%,低一个数量级，而像江苏省则是增加了 15%。因此，在未来的几年内，中国半导体封装业的增长速率一定会超过世界平均增长率(10%~11%)。虽然因基数增大，不会长期保持在年增 50%的增长率。但若要在几年内使中国的半导体产品封装量达到世界总产量的10%以上，则其年增长率将保持在 30%左右。
5 半导体器的封装设备
中国半导体器件封装业将以年平均 30%左右的增长率发展，这给封装设备业提供了一个良好的市场前景。半导体封装成本的分配约为：原材料占 35%~40%，设备占 2〇%〜30%,动力占 20%,人工费占 15%，销售等管理占 4%。投资新建一个年产几亿块 1C 的封装厂，需要投资 5000 万〜2 亿美元，其中约 1/2 将花在购置设备。因此，半导体封装业在中国的发展，将为封装设备产业的发展提供一个广阔的潜在市场，每年估计在 5 亿元人民币以上。
作为半导体封装产业支撑的有关设备产业，可分为两大类:直接用于封装的设备和简接用于封装的设备。前者包括封装工艺设备、老炼、筛选等产品检验考核设备及性能测试设备等。后者包括空调动力设备、去离子水等一般厂房基础设备及为生产封装所用各类材料所需的二级设备。
下面主要讨论直接用于封装的设备。其中封装工艺设备包括:圆片减薄机、砂轮或激光划片机、姑片机、引线键合机、传递模塑机和模具、切筋打弯机和模具去飞边机、引线电镀线、清洗机、打印机、测试分捡机;充氮气贮藏柜、髙温烘箱、打包机等。对于金属和陶瓷封装则还需要 JC 能焊机或平行缝焊机或激光焊机，工艺检验则还需要检漏仪。塑封工艺最常用的工艺检测设备为各类光学显微镜、轮廓放大仪、X-光透射仪、超声扫描显微镜等。产品鉴定或工艺认证设备则有各类环境试验设备：高低温循环、高/低温贮存、高温/高湿/加偏置贮存、高压蒸煮(PCT)、盐雾试验等设备。各类机械试验类设备有引线键合强度、芯片键合剪切强度、引线拉力或芯片拉力，冲击、振动、引线抗弯强度等检验设备。目前除了少部分低挡工艺设备和少部分产品鉴定认证设备外，绝大多数上列工艺和工艺检测设备都依赖进口。
下列国际上近几年内半导体封装方面的一些基本情况，提供给有关设备研制单位参考：90%~92%以上的封装是塑料封装，金属和陶瓷封装只占 1%左右，主要用于高档军品和宇航业。90%以上的封装是用引线键合互连(倒装焊尚占很小的比例)。其中 95%以上使用金丝引线键合。90%左右的封装其外引出线数不会多于 1〇〇,约 70%的封装引线数不大于 32。80%以上的封装是 S0P(小外形封装)、QFP(四边引线扁平封装)、PLCC(塑料 J 形引线封装)、BGA(焊球阵列)、CSP(芯片
尺寸封装)等表面安装封装(SMP)。只有不到 15%的封装仍是通孔插装封装(THP)，如 DIP(双列直插封装)、PGA(针栅阵列)等。
DIP 的产量是在负增长，它已从上世纪 90 年代初占总产量的 50%以上降到目前只占 12%左右。其他封装的产量都在增长，增长最快的是 BGA 和 CSP 这两类封装，BGA 的年平均增长率大于 30%,而 CSP 则大于 60%,但由于基数小，他们的总产量仍较少。且这些封装的技术要求高，专利限制多。
由于封装是一种薄利多产行业，一般封装每条引线的封装产值不到 1 美分，没有 1 年封几亿支 1C 的产量，已很难赚取较多的利润。因此，封装设备业的竞争和风险也较大，推动封装设备速度越来越快，技术越来越先进，价格/性能比越来越小，服务越来越好，生产越来越专业化。如国外某封装设备厂就专做引线键合机，其键合速度已达到 14 线/s，引线节距已降到 60fxm。这样某类设备已形成某种设备市场的瓜分或分工状态。新的设备制造企业要“挤入”这个市场,必须要有自己的特色才行。
封装工艺设备多数都是光机电相结合的髙度自动化设备，封装成品率通常已可达%以上。因此，封装设备可靠性或稳定性将决定这台设备的命运。任何不稳定或不可靠的设备将制造出大量的不合格品，肯定没有市场。而军品或宇航用的陶瓷或金属封装器件，由于其产量少，品种多，自动化
程度要求低，而要求适用性广。目前国内在生产的硅圆片是以拟〇〇~柯 50_为主。2~3 年后，产量将以似 00_为主。
半导体产业在世界上仍将以平均 10%以上的速度发展，中国的微电子产业则将以年均增长率约 30%的速率发展，这为国内发展半导体封装设备产业提供了良好的市场前景。但由于国内封装设备业相对较为落后，目前只在环境试验设备、动力设备等方面占有一定比率，要挤入 80%是合资和外资独资企业在封装业所需要的设备市场，其困难是较大的。但挤入军品封装工艺设备、功率分立器件封装设备及工艺监控、环境及机械试验设备的可能性是较大的。
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