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集成電路密度和功能的提高推動(dòng)電子封裝的發(fā)展。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的創(chuàng)新,電子設(shè) 備向著微型化、集成化、高效率和高可靠性等方向發(fā)展,電子系統(tǒng)總體的集成度提高,功率密度也同步升高。電子元件長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致其性能惡化,甚至器件被破壞。因此,有效的電子封裝需要不斷提高封裝材料的性能,并將電子線路布線合理化,使得電子元件在不受環(huán)境影響的同時(shí),實(shí)現(xiàn)良好的散熱,幫助電子系統(tǒng)保持良好的穩(wěn)定性。
電子封裝一般可按封裝結(jié)構(gòu)、封裝形式和材料組成分類。從封裝結(jié)構(gòu)來看,主要包括了 基板布線、層間介質(zhì)和密封材料基板,基板分為剛性板和柔性板,層間介質(zhì)分為有機(jī)聚合物) 和無機(jī)(氧化硅、氮化硅和玻璃)兩種起到保護(hù)電路、隔離絕緣和防止信號(hào)失真等作用。密封材料當(dāng)前主要為環(huán)氧樹脂,占整個(gè)電子密封材料的 97%以上,環(huán)氧樹脂成本低、產(chǎn)量大、 工藝簡(jiǎn)單。從封裝形式來看,可分為氣密封裝和實(shí)體封裝。氣密封裝是指腔體內(nèi)在管芯周圍 有一定氣體空間與外界隔離,實(shí)體封裝指管芯周圍與封裝腔體形成整個(gè)實(shí)體。從材料組成分來看,主要分為金屬基、陶瓷基和塑料基封裝材料。
電子封裝基本分類
陶瓷封裝在高致密封裝中具有較大發(fā)展?jié)摿?。陶瓷封裝屬于氣密性封裝,主要材料有 Al2O3、AIN、BeO 和莫來石,具有耐濕性好、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小和熱導(dǎo)率高等優(yōu) 點(diǎn)。金屬封裝的主要材料包括 Cu、Al、Mo、W、W/Cu 和 Mo/Cu 合金等,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、散熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。塑料封裝主要使用的材料為熱固性塑料,包括酚醛類、聚酯類、 環(huán)氧類和有機(jī)硅類,具有價(jià)格低、質(zhì)量輕、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。此外,電子封裝還常用四大 復(fù)合材料,分別為聚合基復(fù)合材料(PMC)、金屬基復(fù)合材料(MMC)、碳/碳復(fù)合材料(CCC) 和陶瓷基復(fù)合材料(CMC)。
三大主要封裝材料
對(duì)于集成電路等半導(dǎo)體器件來說,封裝基板需要滿足以下六點(diǎn)要求:(1)高熱導(dǎo)率,器件產(chǎn)生的熱量需要通過封裝材料傳播出去,導(dǎo)熱良好的材料可使芯片免受熱破壞;(2)與芯 片材料熱膨脹系數(shù)匹配,由于芯片一般直接貼裝于封裝基板上,兩者熱膨脹系數(shù)匹配會(huì)降低芯片熱應(yīng)力,提高器件可靠性;(3)耐熱性好,滿足功率器件高溫使用需求,具有良好的熱穩(wěn)定性;(4)絕緣性好;(5)機(jī)械強(qiáng)度高,滿足器件加工、封裝與應(yīng)用過程的強(qiáng)度要求;(6)價(jià)格適宜,適合大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。
六大優(yōu)勢(shì)促使陶瓷封裝成為主流電子封裝。陶瓷基封裝材料作為一種常見的封裝材料, 相對(duì)于塑料封裝和金屬封裝的優(yōu)勢(shì)在于:(1)低介電常數(shù),高頻性能好;(2)絕緣性好、可靠性高;(3)強(qiáng)度高,熱穩(wěn)定性好;(4)熱膨脹系數(shù)低,熱導(dǎo)率高;(5)氣密性好,化學(xué)性 能穩(wěn)定;(6)耐濕性好,不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。
典型電子封裝材料性能對(duì)比
封裝工藝形式多樣,適配各類應(yīng)用需求。我們以光模塊的封裝為例,TOSA 和 ROSA 的主要封裝工藝包括 TO 同軸封裝、蝶形封裝、COB 封裝和 BOX 封裝。TO 同軸封裝多為 圓柱形,具有體積小、成本低、工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn),適用于短距離傳輸,但也存在散熱困難等缺點(diǎn)。蝶形封裝主要為長(zhǎng)方體,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,殼體面積大,散熱良好,適用于長(zhǎng)距離傳輸。COB 即板上芯片封裝,將芯片附在 PCB 板上,實(shí)現(xiàn)小型化、輕型化和低成本等,BOX封裝 屬于一種蝶形封裝,用于多通道并行。此外,其余常見的封裝方式包括雙列直插封裝(DIP)、 無引線芯片載體(LCC)等等。
TO 同軸封裝激光器示意圖
蝶形封裝激光器示意圖
COB 封裝收發(fā)器示意圖
BOX 封裝接收器示意圖
其他常見封裝方式簡(jiǎn)介
封裝方式 | 簡(jiǎn)稱 | 簡(jiǎn)介 |
晶體管外形封裝 | TO封裝 | 插裝型封裝之一,由一個(gè)TO管座和一個(gè)TO管帽組成。TO管座作為封裝元件的底座并為其提供電源,而管帽則可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的光信號(hào)傳輸。這兩個(gè)元件形成了保護(hù)敏感元器件的密封封裝。 |
雙列直插式封裝 | DIP | 插裝型封裝之一,引腳從封裝兩側(cè)引出,可以直接焊在有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上,或焊在有相同焊孔數(shù)的焊位中。其特點(diǎn)是可以很方便地實(shí)現(xiàn)PCB板的穿孔焊接,和主板有很好的兼容性,封裝材料有塑料和陶瓷兩種。 |
插針網(wǎng)格陣列封裝 | PGA | 插裝型封裝之一,其底面的垂直引腳呈陳列狀排列。封裝基材基本上都采用多層陶瓷基板。用于高速大規(guī)模邏輯LSI電路。一般有CPGA(陶瓷針柵陣列封裝)以及PPGA(塑料針柵陣列封裝)兩種。 |
小外形封裝 | SOP | 是一種表面貼裝式封裝,引腳從封裝兩側(cè)引出呈海鷗翼狀。常見的封裝材料有:塑料、陶瓷、玻璃、金屬等,目前已發(fā)展出TSOP、VSOP等多種形式。 |
帶引腳芯片載體 | LCC | 表面貼裝型封裝之一,引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出,是高速和高頻IC用封裝,按材料的不同又細(xì)分為PLCC(塑料封裝)、CLCC(陶瓷封裝)。 |
球柵陣列封裝 | BGA | 表面貼裝型封裝之一,在印刷基板的背面按陳列方式制作出球形凸點(diǎn)用以代替引腳,在印刷基板的正面裝配LSI芯片,然后用模壓樹脂或灌封方法進(jìn)行密封又可以細(xì)分為PBGA、CBGA等 |
芯片級(jí)封裝 | CSP | CSP封裝可以讓芯片面積與封裝面積接近1:1的理想情況,與BGA封裝相比,同等空間下CSP封裝可以將存儲(chǔ)容量提高三倍,具有體積小、輸入/輸出端數(shù)多以及電氣性能好等優(yōu)點(diǎn)。 |
板上芯片封裝 | COB | 是裸芯片貼裝技術(shù)之一,半導(dǎo)體芯片交接貼裝在印刷線路板上,芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實(shí)現(xiàn),并用樹脂覆蓋以確保可靠性。COB是最簡(jiǎn)單的裸芯片貼裝技術(shù),但封裝密度較差。 |
陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)鏈從芯片、陶瓷封裝產(chǎn)品(陶瓷外殼、基板及覆銅板等)、封裝環(huán)節(jié)到最終封裝成型的電子產(chǎn)品,如光通信元件、汽車ECU、激光雷達(dá)、圖像傳感器、功率半導(dǎo)體等;設(shè)備方面包括裝片機(jī)、固晶機(jī)、塑封機(jī)、鍵合機(jī)、檢測(cè)設(shè)備等;材料包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、金屬漿料、引線框架、包封材料、鍵合絲等;
深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機(jī)器視覺為技術(shù)核心,自主技術(shù)研究與應(yīng)用拓展為導(dǎo)向的高科技企業(yè)。公司自成立以來不斷創(chuàng)新,在智能自動(dòng)化領(lǐng)域研發(fā)出視覺對(duì)位系統(tǒng)、機(jī)械手視覺定位、視覺檢測(cè)、圖像處理庫等為核心的20多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。涉及自動(dòng)貼合機(jī)、絲印機(jī)、曝光機(jī)、疊片機(jī)、貼片機(jī)、智能檢測(cè)、智能鐳射等眾多行業(yè)領(lǐng)域。雙翌視覺系統(tǒng)最高生產(chǎn)精度可達(dá)um級(jí)別,圖像處理精準(zhǔn)、速度快,將智能自動(dòng)化制造行業(yè)的生產(chǎn)水平提升到一個(gè)更高的層次,改進(jìn)了以往落后的生產(chǎn)流程,得到廣大用戶的認(rèn)可與肯定。隨著智能自動(dòng)化生產(chǎn)的普及與發(fā)展,雙翌將為廣大生產(chǎn)行業(yè)帶來更全面、更精細(xì)、更智能化的技術(shù)及服務(wù)。