芯片的特性

 

本节涉及了分立器件及集成电路的多种特性。有些特性是由封装设计和封装工艺直接衍生出来的(参见下图)。芯片的密度(集成度)决定了所需的外部连接点的数目,集成度越高的芯片其表面积越大,外部连接点也越多。芯片越做越大的趋势必然导致对更大直径晶圆的需求。这些因素改变了芯片分离工艺、封装设计和对晶圆减薄的需求。

三级

在前面提到芯片器件(三极管、二极管、电容器、电阻器和熔丝)的功能可因各种各样的污染而改变。最主要的污染是化学类,如钠和氯。另外,其他化学品可以攻击芯片内的不同层次,还有环境因素,诸如微粒、湿度和静电可以毁坏芯片或改变其性能。其他方面的考虑还有光和辐射粒子对芯片表面轰击的影响。有些芯片对光和辐射粒子极其敏感。在选择封装材料和工艺时通常会考虑到这些因素。芯片的显著特性是其表面在受到物理损伤时显得极其脆弱。晶圆表面的器件距晶圆的外表面距离相当小,表面的引线可以细到1um。

 

所关注的这些环境和物理因素可以从两个方面来阐述。第一是临近晶圆制造工艺结束处的钝化层的淀积。这可能是基于二氧化硅和氮化硅的硬质层。钝化层经常掺杂一些硼、磷或两者兼备来增强它们的保护特性。可替换的可能是像聚酰亚胺这样的软质层(参见下图)。第二种保护芯片的方法是提供一个封装体。

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芯片对于封装体设计和材料的另一重要特性是热的产生。用于大功率电路和高集成度电路中的芯片所产生的热足以毁坏芯片自身及电路本身。封装设计要考虑散热的因素。热同样也是封装工艺中的一项重要参数,封装工艺温度的极限在450℃。高于这个温度,芯片上的相接触的铝和硅可在晶圆表面形成一一种合金而导致电路短路。

 

封装功能和设计

 

半导体的封装有4种基本功能。它们提供:

1.基本引脚系统

2.物理性保护

3.环境性保护

4.散热

 

 

基本引脚系统

封装的主要功能是将芯片与电路板或直接与电子产品相连接。这个连接不可以直接实现,因为用于连接芯片表面器件的金属系统太过纤细和脆弱。金属线厚度通常小于1.5um且通常仅有1um宽。最细线的直径通常在0.7、1.0mil之间,这也要比芯片表面的连线粗许多倍。用在凸点连接技术中的焊球直径约是100m。连线尺寸的这个差异就是为什么芯片的连线终止在较大的压点上的原因。尽管连线较粗,直径约为1mil,但它们仍然非常脆弱。为克服连线的脆弱性,人们引进了一套更坚固的引脚系统,其作用是通过传统的引脚或用在针栅阵列封装体中的球,将芯片与外部世界连接起来(参见下图)。引脚系统是构成封装体整体的一个部分。

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