现在的世界 就是一颗一颗芯片 芯片需要封装 所以 世界正在被一颗一颗的封装

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2. Wafer Manufacturing Front End Wafer Test Back End 封装在IC制造产业链中之位置 探针台测试 背磨 氧化 长 晶 切 片 倒 角 抛 光 划片 扩散 封装 硅片检测 成品测试 光 刻 沉 积 刻 蚀 植 入 C M P

3. 封装作业之一般流程(QFP为例) Wafer back grinding Marking Wafer mount Post mold cure Wafer saw & clean Deflash & Trim Die attach Solder plating Epoxy cure Forming&singulation Plasma clean FVI Wire bond Packing Molding

4. 封装用原材料以及所需零组件 • 塑胶材料: BT 树脂、Epoxy、PTFE、Polyimide、compound、 UBM、PSV、APPE、Solder mask、P.R… • 焊 料：95 Pb/5 Sn 、37 Pb/63 Sn (易熔,183℃ )、No Lead Ally（Sn 3.9/Ag 0.6/Cu 5.5 ,235℃ ）、Low- α Ally… • 金 线:Au bond、Ally bond… • Lead Frame: 由冲压模具制成 • Substrate: 柔性基片(tape)、迭层基片、复合基片、陶瓷基片、 HiTCETM 陶瓷基片、带有BCBTM介质层的玻璃基片… • TAPE:Blue Tape、UV Tape… • Heat Sink : 散热片

5. 封装用机台以及所涉及模具 • Polishing machine & CMP • UV tape attach machine • Dicing machine • UV irradiation machine • Tape remover machine • Pick & Place machine • Package machine • 锡炉 • 冲切模具(F/T):trim & form • 塑封模具

6. 封装趋势演进图

7. 封装类型分类 • IC封装的主要功能 • 保护IC,提供chip和system之间讯息传递的界面.所以IC制程发展、系统产品的功能性都是影响IC封装技术发展的主要原因。比如：近日电子产品的要求是轻薄短小，就要有降低chip size的技术；IC制程微细化，造成chip内包含的逻辑线路增加，就要使chip引脚数增加等等。 • IC封装的主要分类以及各自特点： • 一、DIP双列直插式封装 • DIP(DualIn－line Package)是指采用双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(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用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，以免损坏引脚。

8. DIP封装之特点 • 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。 • DIP封装图示 • body thickness：155mil • PKG thickness: 350mil • Lead width: 18.1mil • Lead pitch: 100mil • DIP系列封装其他形式 • PDIP（Plastic DIP）、CDIP（Ceramic DIP） • SPDIP（Shrink plastic DIP）

9. 二、SOP/SOJ小尺寸封装 • 1980年代，SMT（Surface Mounting Technology）技术发起后，在SMT的生产形态中，SOP（Small Out-Line Package）/SOJ（ Small Out-Line J-Lead package）随之出现，引脚在IC两侧。 • SOP/SOJ封装形态之特点 • 1. SOP/SOJis a lead frame based package with "Gull wing "form lead suitable for low pin count devices. • 2. Body width ranges from 330 to 496 mils with pitch 50 mils available. • 3. Markets include consumer ( audio/ video/ entertainment ), telecom (pagers/ cordless phones), RF, CATV, telemetry, office appliances (fax/copiers/printers/PC peripherals) and automotive industries.

10. SOP (Small Out-Line Package)封装形态之图示body thickness:87~106mil PKG thickness:104~118mil Lead width: 16 milLead pitch: 50 milSOJ ( Small Out-Line J-Lead package)封装形态之图示body thickness:100 mil PKG thickness:130~150mil Lead width: 17~20 mil Lead pitch: 50 mil

11. SOP封装系列之其他形式 • 1.SSOP(Shrink SOP) • body thickness：70~90 mil • PKG thickness: 80~110mil • Lead width: 10~15 mil • Lead pitch: 25 mil • 2.TSOP(Thin SOP) • body thickness：1.0 mm • PKG thickness: 1.2mm • Lead width: 0.38~0.52 mm • Lead pitch: 0.5 mm

12. 3.TSSOP(Thin Shrink SOP) • body thickness：0.90 mm • PKG thickness: 1.0mm • Lead width:0.1~0.2mm • Lead pitch: 0.4~0.65mm • 4.TSOP(Ⅰ) : Thin SOP Ⅰ • 5.TSOP(Ⅱ ) : Thin SOP Ⅱ • 6.QSOP : Quarter Size Outline Package • 7.QVSOP : Quarter Size Very Small Outline Package

13. 三、QFP方型扁平式封装和PFP扁平封装 • 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 – 256。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）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。 • PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。 • 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

14. QFP方型扁平式封装和PFP扁平封装图示 • body thickness：>2.8 mm • PKG thickness: >3.3 mm • Lead width: 0.18~0.35mm • Lead pitch: 0.40~1.0 mm • QFP封装系列之其他形式 • 1.LQFP(Low profile QFP)： • body thickness：1.4mm • PKG thickness: 1.6mm • Lead width: 0.22~0.37mm • Lead pitch: 0.40~0.80mm

15. 2.TQFP(Thin QFP): • body thickness：1.0 mm • PKG thickness: 1.2 mm • Lead width: 0.18~0.37 mm • Lead pitch: 0.40~0.80 mm • 3.DPH-QFP(Die Pad Heat Sink QFP) • body thickness：2.8 mm • PKG thickness: 3.3 mm • Lead width: 0.2~0.3 mm • Lead pitch: 0.5 mm

16. 4.DPH-LQFP(Die-pad Heat Sink Low-profile QFP) • body thickness：1.4 mm • PKG thickness: 1.6 mm • Lead width: 0.22 mm • Lead pitch: 0.5 mm • 5.DHS-QFP(Drop-in Heat sink QFP) • body thickness：1.4 mm • PKG thickness: 1.6 mm • Lead width: 0.22 mm • Lead pitch: 0.5 mm

17. 6.EDHS-QFP(Exposed Drop-in Heat sink QFP) • body thickness：>3.2 mm • PKG thickness: >3.6 mm • Lead width: 0.18~0.3 mm • Lead pitch: 0.4~0.65 mm • 7.E-Pad TQFP(Exposed-Pad TQFP) • body thickness：1.0 mm • PKG thickness: 1.2 mm • Lead width: 0.22 mm • Lead pitch: 0.50 mm

18. 8.VFPQFP(Very Fine Pitch QFP) • 9.S2QFP(Spacer Stacked QFP) • 11.Stacked E-PAD LQFP

19. 10.MCM-LQFP(Multi-chip module Low-profile QFP) • 12.PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier Package )

20. PGA插针网格阵列封装 • PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片的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。根据引脚数目的多少，可以围成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF(Zero Insertion Force Socket)的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。 • PGA插针网格阵列封装之特点 • 1.插拔操作更方便，可靠性高。 • 2.可适应更高的频率Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式

21. PGA插针网格阵列封装之图示

22. BGA球栅阵列封装 • 随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“Cross Talk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA(Ball Grid Array Package)封装技术。 • 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.组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

23. BGA封装之基板:Substrate • BGA是IC封装的一种方式，是单一晶片或多晶片以打线接合(Wire Bonding)、卷带式接合(Tape Automated)或覆晶式接合(Flip Chip)的方式和基板上之导路相連接；而基板本身以Area Array陣列式分布的锡凸块作为IC元件向外连接之端点，然而要完成BGA封装中晶片与各球的连接，須先安置连接两者的小型薄片，这个小型薄片就是BGA基板，BGA基板占封装材料成本2/3，BGA基板在整个BGA的封裝中占有举足轻重的地位。 • BGA基板因使用材料不同可分为四大类: • 1.CBGA (Ceramic BGA) • 2.PBGA (Plastic BGA) • 3.TBGA (Tape BGA) • 4.MBGA (Metal BGA)

24. BGA依据基板使用材料不同可分为五大类: • 1. PBGA（Plastic基板） ：一般为2-4层有机材料构成的多层板。2. CBGA（Ceramic基板） ：即陶瓷基板，芯片与基 板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简 称FC）的安装方式。3. FCBGA（Rigid基板） ：硬质多层基板。4. TBGA（Tape 基板） ：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。5. CDPBGA（Cavity Down Plastic基板） ：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。

25. 1. PBGA(Pastic BGA) • ball ø :0.55~0.75mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 1.0~1.7mm • substrate Thk:0.56mm • body Thk:1.56~1.73mm • PKG Thk:2.16~2.33mm • 2. LBGA(Low-profile BGA) • ball ø :0.30~0.60mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 0.8~1.0mm • substrate Thk:0.36mm • body Thk:0.90mm • PKG Thk:1.30~1.60mm

26. 3. LTBGA(Low-profile Tape BGA) • ball ø :0.45mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 0.80mm • substrate Thk:0.1mm • body Thk:0.80mm • PKG Thk:1.20mm • 4. TFBGA(Thin & Fine pitch BGA) • ball ø :0.30~0.60mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 0.50~1.0mm • substrate Thk:0.36mm • body Thk:0.89mm • PKG Thk:1.20~1.60mm

27. 5. TFTBGA(Thin & Fine-pitch Tape BGA) • ball ø :0.40mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 0.75mm • substrate Thk:0.10mm • body Thk:0.75mm • PKG Thk:1.10mm • 6. EDHSBGA(Exposed Drop-in Heat Sink BGA) • ball ø :0.75mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 1.27mm • substrate Thk:0.56mm • body Thk:1.73mm • PKG Thk:2.33mm

28. 6. STFBGA(Stacked Thin & Fine-pitch BGA) • ball ø :0.80~1.0mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 0.40mm • substrate Thk:0.26mm • body Thk:0.96mm • PKG Thk:1.40mm • 7. CDTBGA(Cavity Down Tape BGA) • ball ø :0.60~0.75mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 1.0~1.27mm • substrate Thk:1.0~1.2mm • body Thk: 1.0~1.2mm • PKG Thk:1.60mm

29. 8. L2BGA/EBGA(Laser laminate BGA/Enhanced BGA) • Laser laminate BGA/Enhanced BGA are cavity down,thermally enhanced BGA with laminated substrate .They are suitable for solutions for high power dissipation applications(>6w). L2BGA with laser drilled via enhances circuitry EBGA uses BTlaminated with multiple layers at a very competitive cost. Superior electrical performance is achieved by multiple metal layer laminate based construction. • ball ø :0.60~0.75mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 1.0~1.27mm • substrate Thk:1.0~1.2mm • body Thk:1.0~1.2mm • PKG Thk:1.60mm

30. 9. MCMBGA(Multi-chip Module BGA) • ball ø :0.60~0.75mm • ball count:100~1000 • ball pitch: 1.27mm • substrate Thk:0.56mm • body Thk:1.56~1.73mm • PKG Thk:2.16~2.33mm • 10. FCBGA(Flip Chip BGA) • ball ø :0.60~0.75mm • ball count:100~2000 • ball pitch: 1.0~1.27mm • substrate Thk:1.0~2.0mm • body Thk:3.0mm • PKG Thk:3.5mm

31. BGA封装的其他常见形式 • HPBGA(High Performance BGA) chip array BGA • Tape Array BGA Tape super BGA • 以及其他的如:Micro BGA、Viper BGA…

32. BGA封装系列形式

33. 封裝方式 主要產品 DIP Flash(Bios)、ROM、滑鼠IC SOP/SOJ DRAM、監視器IC、消費性電子IC PLCC Flash、EPROM QFP 繪圖晶片、SRAM、網路卡IC BGA 晶片組、3D繪圖晶片、MCU、MPU、RF、Portable Pro. 以上各封装形态之主要运用产品

34. MCM(Multi Chip Module)多晶片模組 • 多晶片模組是將多個未封裝的裸晶片一起封裝於同一個封裝體內，如此可縮小系統的體積，並縮短晶片間的連接線路，因而成為改善系統效能的一大捷徑，多晶片模組的基本構想是盡量減少系統中晶元的間隙，其目的是縮短晶片間信號的延滯，縮小系統尺寸及減少外接的連線，而造就出高性能的元件。 • 具有下列特性： • 1.封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化。2.缩小整机/模块的封装尺寸和重量。3.系统可靠性大大提高。 • 綜合上述特性，多晶片模組將成為未來攜帶式無線通訊系統的主流，隨著多媒體的發展，多晶片模組也將大量出現於工作站及筆記型電腦中。

35. MCM多晶片模組图示:

36. MCM多晶片模組系列图示:

37. SiP ( System in Package ) • Semiconductor industry demands for higher levels of integration, lower costs, and a growing awareness of complete system configuration have continued to drive System in Package (SiP) solutions. • SiP封装图示:

38. CSP(Chip Scale Package)芯片级封装 • 随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP(Chip Size Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。 • CSP封装具有以下特点：1.满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。 2.芯片面积与封装面积之间的比值很小。 3.极大地缩短延迟时间。 • CSP封装又可分为四类： • 1.Lead Frame Type(传统导线架形式) • 2. Rigid Interposer Type(硬质内插板型) • 3. Flexible Interposer Type(软质内插板型)， • 4. Wafer Level Package(晶圆尺寸封装)：

39. CSP封装所涉及之精密技术:Flip Chip • Flip Chip(覆晶 ):覆晶技術起源於1960年代，當時IBM開發出所謂之C4 (Controlled Collapse Chip Connection)技術，在I/O pad上沈積錫鉛球，而後將晶片翻轉、加熱，利用熔融的錫鉛球與基板相結合，並以此技術取代傳統打線接合(wire bonding)而應用於大型電腦組裝上。 • 廣義的覆晶技術泛指將晶片翻轉後，以面朝下的方式透過金屬導體與基板進行接合。一般而言，金屬導體包含有金屬凸塊(metal bump)、捲帶接合(tape-automated bonding) 等，這其中以金屬凸塊技術最為成熟，亦被廣泛應用於量產之產品上。 • 一般而言，由於成本與製程因素，使用覆晶接合之產品通可分為兩種形式，分別為較常使用於低I/O數 IC之覆晶式組裝(flip chip on board，FCOB)及主要使用於高I/O數IC的覆晶式構裝(flip chip in package，FCIP)，其中FCOB為直接晶片接合(direct chip attachment；DCA)技術之一。

40. CSP封装所涉及之精密技术:bumping

41. CSP封装所涉及之精密技术之Area array bumping & Peripheral bumping • 1、Peripheral bumping（周边长bump）：如上页流程所示，是指在裸芯片pad原位置上长bump，形成一矩形。此种长 bump法一般比较容易实现。 • 2、 Area array bumping （阵列长bump）：如下图所示，是通过导线将原裸芯片之pad位置重新分布，形成一个阵列，此种长bump法要求工艺相对较高。

42. CSP封装所涉及精密技术之Redistribution Process Result

43. ETCSP（ Extremely Thin CSP）

44. FCCSP（Chip Scale CSP） • ball ø :0.30mm • ball count:100~200 • ball pitch: 0.75mm • substrate Thk:0.5mm • body Thk:1.0mm • PKG Thk:1.2mm • QFN（Quad Flat No-lead） • Lead width :0.18~0.30mm • Lead count:10~200 • Lead pitch: 0.4~0.8mm • body Thk:0.65mm • PKG Thk:0.85mm

45. WLCSP(Wafer Level CSP) • WLCSP(晶圆级封装):指大部分封装工作在芯片处于晶圆状态时完成.流程如下: WAFER WAFER Bumping WAFER Backgrind WAFER Probe WAFER monut/Saw WAFER monut/Saw Laser Mark Visual Inspect SiP/Lead frame/laminate pack Pick & Place to tray ship Pack & Ship Die

46. CSP封装系列形态

47. 后记:出货前须经历之试验 • 1、121℃ /100%相对湿度条件下168小时高压汽锅试验（PCT） • 2、150℃温度条件下1000小时高温存储试验（HTSL） • 3、85℃ /85%相对湿度条件下1000小时的温度湿度偏差试验（RHTHBT） • 4、1000次-55℃ 到+125℃ 温度循环试验 • 5、130℃ /85%相对湿度条件下168小时的加速度应力试验

48. 总结 • 隨著半導體製程技術和設計技術的精進，以及低成本、低耗電量、多功能和輕薄短小等市場需求興起，於網路晶片、PC晶片組或嵌入式記憶體晶片均已經開始看到整合晶片的雛形，SOC晶片將成為未來的趨勢，為因應腳數增加及散熱的需求，預期BGA封裝方式的需求將逐漸增加。 • 雖然目前整個半導體產業成長趨緩，封裝廠的產能利用率僅有60-70%，對BGA載板的需求有一定程度上的影響，然而就長期趨勢而言，我們仍相當看好BGA或是覆晶的封裝方式。