电子封装技术PPT课件.ppt
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1、14.1 插装及表面安装元器件概述及分类特点 4.1.1 概述 4.1.2 分类及特点4.2 通孔插装技术(THT)4.2.1 TO型 4.2.2 SIP单列直插式封装 4.2.3 DIP双列直插式封装 4.2.4 PGA针栅阵列插入式封装 4.3 表面安装元器件的封装技术(SMT)4.3.1 晶体管的表面封装技术 4.3.2 IC小外形封装(SOP)技术 4.3.3 塑料有引脚片式载体(PLCC)封装技术 4.3.4 陶瓷无引脚片式载体(LCCC)封装技术 4.3.5 四边引脚扁平封装(QFP)技术 4.3.6 表面贴装器件(SMD)的特点2024/1/28 周日24.1 插装及表面安装元器
2、件概述及分类特点 4.1.1 概述 随着晶体管的出现及其质量的稳步提高,特别是硅平面晶体管的日趋成熟,20世纪50年代末,晶体管逐渐代替了电子管。这时,各类晶体管的封装类型主要有玻封二极管和金属封装的三极管。普通管有3根长引线,高频管或需要外壳接地的晶体管有4根长引线,封装的金属底座与晶体管c极相通,而e、b两极则通过底座的开孔,用玻璃绝缘子隔离,管帽帽与底座的边缘进行密封焊接。这就构成了至今仍沿用的TO型(晶体管外壳封装)全密封封装结构。其典型电子整机首推黑白电视机。3 晶体管的体积和重量均为电子管的数十分之一,安装底板不需要使用电子管TO封装时的金属底板,可采用单面酚醛环氧纸质覆铜板。这种
3、基板制作工艺简单,成本低廉,又易打细孔。由于晶体管体积小、电压低、耗电省,所以在覆铜板上刻蚀成所需的电路图形后,元器件穿过通孔焊接在铜焊区上即可。这样,既提高了生产效率和产量,又提高了焊接的一致性,从而提高了焊点的质量和电子产品的可靠性。4TO-252TO-220TO-247TO-2635 前面所述均为单个晶体管的一级封装,随着集成电路(IC)的出现,I/O引脚的数量远多于34个,达数百上千个,不适于使用TO型管壳封装,从而开发出了单列直插封装(SIP)、双列直插封装(DIP)、针栅阵列封装(PGA)和扁平外形封装(FP、QFP、PQFP)等。其中,扁平外形封装属于表面安装。6针栅阵列封装针栅
4、阵列封装(PGA)单列直插封装单列直插封装(SIP)双列直插封装(双列直插封装(DIP)四边引脚扁平封装(四边引脚扁平封装(QFP)74.1.2 分类与特点一、引脚插入型:单列直插式封装(SIP)双列直插式封装(DIP)Z型引脚直插式封装(ZIP)收缩双列直插式封装(S-DIP)窄型双列直插式封装(SK-DIP)针栅阵列插入式封装(PGA)根据封装接线端子的排布方式对其进行分类8二、表面贴装型:小外形塑料封装(SOP)微型四方封装(MSP)四边引线扁平封装(塑封)(QFP)玻璃(陶瓷)扁平封装(FPG)无引线陶瓷封装芯片载体(LCCC)塑封无引线芯片载体(PLCC)小外形J引线塑料封(SOJ)
5、球栅阵列封装(BGA)芯片尺寸大小封装(CSP)9其中比较典型的封装按外形结构分类:1、圆柱外壳封装(TO)2、单列直插式封装(SIP)3、双列直插式封装(DIP)4、针栅阵列封装(PGA)5、四边引线扁平封装(QFP)6、球栅阵列封装(BGA)7、芯片尺寸大小封装(CSP)下节将分别作介绍10 前面所述为元器件的外形结构,对于每一种外形,都可以用不同的材料进行封装。插装元器件按材料分类,有金属封装、陶瓷封装和塑料封装等。金属封装和陶瓷封装一般为气密性封装,多用于军品和可靠性要求高的电子产品中;而塑料封装由于属非气密性封装适用于工艺简单、成本低廉的大批量生产,多用于各种民用电子产品中。114.
6、2 通孔插装技术(THT)TO型封装是最早广泛应用的晶体管或IC芯片封装结构.1.晶体管或芯片固定固定在金属外壳底座的中心。2.对于芯片TO封装,需用热压焊机或超声焊机将芯片焊区与接线柱之间用Au丝或Al丝连接起来。3.焊好内引线的底座移至干燥箱中,通以惰性气体或N2保护芯片。4.将金属管帽套在底座周围的凸缘上,利用电阻熔焊法或环形平行缝焊法将管帽与底座边缘焊牢,达到密封要求。4.2.1 TO型常常采用Au-Sb(锑)合金共熔法或导电胶粘接固化法使晶体管的接地极与金属底座间形成良好的欧姆接触;多引脚的TO型结构还可以封装IC芯片,对于IC芯片,还可以采用环氧树脂粘接固化法固定芯片。TO型金属封
7、装工艺:各类插装元器件封装的引脚节距多为2.54 mm,DIP已形成4-64个引脚的系列化产品。PGA能适应LSI芯片封装的要求,I/O数可达数百个。12注:接线柱插在PWB的插孔中并焊接,实现芯片与外电路的连通。131.冲制引线框架引线框架(金属引线框架,其下端切割之后为接线柱)。2.将芯片固定在框架上。3.内引线焊接(芯片焊区与框架焊接)。4.制作塑封用的空腔。5.框架置于空腔内,将塑封料加热熔化,并加压送至空腔中。6.固化7.整修、切断不必要的连接部分,切筋、打弯、成形和镀锡。TO型塑料封装工艺:塑料封装工艺简单,适合大批量生产,成本低廉。空腔空腔对于小型芯片的封装,为了简化封装过程,可
8、以先制作合金引线框架,然后将芯片置于框架上,并用WB技术将芯片焊区与引线框架的内引脚部分键合,经密封之后将框架的下半部分切断形成外引脚。14TO3 TO5 TO8 早期TO型封装图片15 单列直插式封装(SIP)的基板多为陶瓷基板(如Al2O3)。由于电路并不复杂,当电路组装完成后,I/O数只有几个或十多个,可将基板上的I/O引脚引向一边(单列),用镀Ni、镀Ag或镀Pb-Sn的“卡式”引线(基材多为合金,用来连接芯片焊区和基板焊区)两端分别卡在基板一边的 I/O焊区(引脚钎焊在对应的基板I/O焊区上)和芯片焊区上,用电烙铁将焊点焊牢,或将卡式引线浸入融化的Pb-Sn槽中进行浸焊,还可以在卡式
9、引线的I/O焊区上涂上焊膏,然后成批再流焊炉中进行再流焊。引线的节距有2.54mm与2.27mm之分。4.2.2 SIP单列直插式封装16 焊接之后对基板进行涂覆保护,如浸渍一层环氧树脂,然后固化。SIP封装后要插在特定的插座上(再将插座插在PCB上),SIP插座占的PWB面积小,插取自如。SIP的工艺简便易行,很适于多品种、小批量的HIC及PWB基板封装,还便于逐个引线的更换和返修。SIP(Single Inline Package)17 20世纪70年代,芯片封装基本都采用DIP(Dual ln-line Package,双列直插式封装)封装,此封装形式在当时具有适合PCB(印刷电路板)穿
10、孔安装,布线和操作较为方便等特点。DIP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(SIC)均采用这种封装形式,其引脚数(即引线数)一般为464个,多的也不超过100个。产品呈系列化、标准化、品种规格齐全,至今仍然大量沿用。4.2.3 DIP双列直插式封装 18 采用DIP封装的CPU芯片引脚节距有2.54mm和1.78mm两种,一般需要插入到具有DIP结构的芯片插座上使用。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。DIP封装主要有陶瓷全密封型DIP(CDIP)、塑封型DIP(PDIP)和窄
11、节距DIP(SDIP)等。191.CDIP的封装技术 CDIP封装又分为陶瓷熔封DIP和多层陶瓷DIP,均是由底座(或基板)和盖板将芯片封装。CerDIP封装结构除了芯片外由底座、盖板和引线框架三个零件构成。这种封装不需在陶瓷上金属化(用金属引线框架代替金属化布线,框架中与芯片键合的部分涂覆铝),烧结温度低,一般为500,因此成本很低。陶瓷熔封DIP(CerDIP)206.镀Ni-Au或Sn。1.将陶瓷粉末、润滑剂和粘接剂的混合物压制成需要的形状,烧结成瓷,以此方法制作底座和盖板。2.将玻璃浆料分别印刷到底座和盖板上,烧结(使玻璃与陶瓷粘接)。3.将陶瓷底座加热,使玻璃熔化,将引线框架埋入玻璃
12、中。4.芯片粘接于框架上,并引线键合(将芯片焊区与框架连接)。5.将涂有低温玻璃的盖板与装好IC芯片的底座组装,熔化玻璃以达到密封。底座盖板引线框架芯片涂有低温玻璃的底座和盖板焊接处覆Al的引线框架,IC芯片与引线键合封装、电镀并切断引线21 多层陶瓷DIP封装技术 多层陶瓷封装与CerDIP工艺不同,其基板是由流延法制备的多层瓷片压制而成,且不需要引线框架,而是由每一层瓷片的金属化和基板侧面钎焊引脚代替。1.配流延浆料。2.流延成型多片生瓷片,并烘干。3.冲腔体和层间通孔(对生瓷片表面或内部进行加工,金属化后形成金属布线),并对通孔金属化。4.每层生瓷片丝网印刷W或Mo金属化,并把多层生瓷片
13、叠层。5.在一定温度和压力下层压。6.在一定温度下切割规整。7.叠层侧面金属化印刷(侧面钎焊的引脚通过侧面金属化与基板焊区连通)。8.排胶,并在气氛中于15501650将叠层瓷片烧结为熟瓷体。9.金属化并电镀或化学镀Ni。10.钎焊封口环和外引脚。11.镀金,并对外壳进行检测。12.安装芯片引线键合 检测封盖检漏成品测试打印、包装。22 塑料封装工业自动化程度高,工艺简单,成本低廉,外壳是非密封性的塑料外壳。塑封用的树脂要具备如下特性:1)树脂要尽可能与所包围的各种材料的热膨胀系数CTE相近,即可以通过增加添加剂的方法使其与Si、引线框架(铜合金)、Au丝等的CTE相近。2)工作温度:-651
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