mcm-l的散热通道分析研究毕业设计说明书(编辑修改稿)

mcm-l的散热通道分析研究毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

初达到标准化，形成批量生产。 由于改性环氧树脂材料的性能不断提高，使封装密度高，引线间距小，成本低，适于 大规模生产并适合用于 SMT，从而使塑料扁平引线封装 (PQFP)迅速成为80 年代电子封装的主导产品， I/O 也高达 208~240 个。 这个时期，荷兰飞利浦公司还研发出了俩边 引线的先外形封装 (SOP,Small Outline Package)的系列产品。 20世纪 80年代至 90年代，随着集成电路特征尺寸不断减小以及集成度的不断提高，芯片尺寸也不断增大，集成电路发展到了超大规模集成电路 (VLSI， Very Large Scale Integration)阶段，可以集成门电路高达数百万以至数千万只芯片，其 I/O 数也达 到数百个，并已超过 1000 个。 这样一来，原来四边引出的 QFP 及其他类型的电子封装 都无法实现 ，尽管引线间距一再缩小 (例如 QFP 已缩小到 .03mm 的工艺技术极限 )也不能满足VLSI 的要求。 电子封装引线由周边型发展成面阵型，如针栅阵列封装 (PGA)。 然而，用PGA 封装低 I/O 数的 LSI 尚有优势，而当它封装高 I/O 的 VLSI 就无能为力了。 一是体积大又重。 二是制作工艺复杂而成本高。 三是不能使用 SMT 进行表面贴装，难以实现工业化规模生产。 综合了 QFP 和 PGA 的优点，新一代微电子封装一球栅阵列封装 (BGA)应运而生。 典型的 BGA 以有机衬底 (BT)代替了传统封装内的引线框架，且通过多层板布线技术实现焊点在器件下面的阵列平面分布，既减轻了引脚间距不断下降在贴装表面所遇到的阻力，同时又实现了封装、组装密度的大大增加，因而很快获得了大面积的推广，且在产业中的应用急剧增长。 至此，多年来一直大大滞后芯片发展的微电子封装，由于BGA 的开发成功而终于能够适应芯片发展的步伐。 20 世纪 90 年代美国开发了微型球栅阵列 (uBGA)，日本也开发了芯片尺寸封装 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 37 页 (CSP,Chip Scale Package)，这俩种封装的实质其实是一样的，其封装 面子 /芯片面子小于等于 ，于是 CSP 解决了芯片小而封装大的根本矛盾，使得微电子封装技术更快地发展。 与此同时，倒装芯片 (Flip Chip)技术也出现了。 BGA、 CSP、 Flip Chip 均为面阵列封装结构，可以沿用 SMT 生产技术，加上计算机的普及和个人移动产品的普及，使得市场与技术互动向前推进，完成了继 SMT 之后的又一次新的技术革命。 进入 21 世纪，电子封装也进入了超高速发展时期，新的封装形式不断涌现并获得应用，除倒装焊接和芯片尺寸封装以外，又出现了多种发展趋势，封装标准化工作已经严重滞后，甚至连封装领 域名词的统一都出现了困难，例如：多芯片封装 (Multi Chip Package)； 三维 迭层封装 (Stack Package)；单封装系统 SIP(System In a Package)； 多芯片模块 MCM(Multi Chip Module)； 微机电系统 MEMS(Micro Electronic Mechanical System)；以及将整个系统 集成与单芯片技术 SOC(System On A Chip)等等。 随着封装、组装的发展，晶片级 (Wafer Level)、 芯片级 (Chip Level)、 组装级 (Board Level)、系统级 (System Level)的界线已经逐渐模糊。 原来一些仅仅用于晶片级的技术已经开始用于封装和组装。 以上就是各个不同时期所对应集成电路及其各类不同的电子封装形式，从以上所述中可以看出 ： 一代集成电路芯片必有此相适用的一代电子封装形式。 总之，由于集成电路在不断发展，集成电路的封装形式也不断作出相应的调整变化，而封装形式的进步又将反过来促进集成电路技术的向前发展。 电子封装技术发展趋势 电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展，这种市场需求对电路组装技术提出 了相应的要求 ， 单位体积信息的提高 (高密度 )和单位时间处理速度的提高 (高速化 )成为促进微电子封装技术发展的重要因素。 就芯片水平来看 ， 二十一世纪的封装技术发展将呈现以下趋势 ： (1)单芯片向多芯片发展。 (2)平面封装 (MCMS)向立体封装 (三维封装 )发展。 (3)独立芯片封装向集成封装发展。 (4)SOC(system on a chip)和圆片规模集成 WSI(wafer scale integration)将是人们致力研究和应用的方向。 — 小型化 、 高性能 随着工业和消费类电子产品市场对电 子设备小型化、高性能、高可靠性、安全性和电磁兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出新的要求，片式元件进一步向小型化、多层化、大容量化、耐高压、集成化和高性能化方向发展。 在铝电解电容和钽电解电容片式化后 ， 现在高 Q 值 、 耐高温、低失真的高性能 MLCC 已投放市场 ； 介质厚度为 10um的电容器已商品化，层数高达 100 层之多 ； 出现了片式多层压敏和热敏电阻，片式多层 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 37 页 电感器，片式多层扼流线圈，片式多层变压器和各种片式多层复合元件；目前最新出现的是 0603(长 ， 宽 )， 体积缩小为原来的 %。 集成化是片 式元件未来的另一个发展趋势，它能减少组装焊点数目和提高组装密度，集成化的元件可使 Si 效率 (芯片面积 /基板面积 )达到 80%以上，并能有效地提高电路性能。 由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可极大地解决焊点失效引起的问题。 —— 追随 IC 的发展而发展 BGA 的兴起和发展尽管解决了 QFP 面临的困难，但它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成技术发展对进一步提高封装效率和进一步接近芯片本征传输速率的要求，所以更新的封装 CSP(Chip Size Package)又出现了，它的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。 日本电子工业协会对 CSP 规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于 80%。 CSP 与 BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的 I/O 数，使组装密度进一步提高，可以说 CSP 是缩小了的 BGA。 CSP 之所以受到极大关注，是由于它提供了比 BGA 更高的组装密度，而比采用倒装片的板极组装密度低。 但是它的组装工艺却不像倒装片那么复杂 ， 没有倒装片的裸芯片处理问题，基本上与 SMT 的组装工艺相一 致，并且可以像 SMT 那样进行预测和返工。 正是由于这些无法比拟的优点，才使 CSP 得以迅速发展并进入实用化阶段。 目前日本有多家公司生产 CSP， 而且正越来越多地应用于移动电话 、 数码录像机 、 笔记本电脑等产品上。 从 CSP 近几年的发展趋势来看， CSP 将取代 QFP 成为高 I/O 端子 IC 封装的主流。 为了最终接近 IC 本征传输速度 ， 满足更高密度 、 更高功能和高可靠性的电路组装的要求，还必须发展裸芯片 (Bare chip)技术。 ： 新一代组装技术 微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装 各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件的技术。 多芯片组件 (MCM)就是当前微组装技术的代表产品。 它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上 ， 然后封装在外壳内 ， 是电路组件功能实现系统级的基础。 MCM 采用 DCA(裸芯片直接安装技术 )或 CSP，使电路图形线宽达到几微米到几十微米的等级。 在 MCM 的基础上设计与外部电路连接的扁平引线，间距为，把几块 MCM 借助 SMT 组装在普通的 PCB 上就实现了系统或系统的功能。 当前 MCM 已发展到叠装的三维电子封装 (3D)，即在二维 X、 Y 平面电子封装(2D)MCM 基础上，向 Z 方向 ， 即空间发展的高密度电子封装技术，实现 3D，不但使电 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 37 页 子产品密度更高，也使其功能更多，传输速度更快，性能更好，可靠性更好，而电子系统相对成本却更低。 图 11 为 三维电子封装图。 图 11 三维封装 (Source： Amkor and Intel Stacked SCP BGA) 对 MCM 发展影响最大的莫过于 IC 芯片。 因为 MCM 高成品率要求各类 IC 芯片都是良好的芯片 (KGD)，而裸芯片无论是生 产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选，给组装 MCM 带来了不确定因素。 CSP 的出现解决了 KGD 问题， CSP 不但具有裸芯片的优点，还可像普通芯片一样进行测试老化筛选，使 MCM 的成品率才有保证，大大促进了 MCM 的发展和推广应用。 目前 MCM 已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。 系统封装 (SPI:Systeminapaekage) 如图 12 所示，它是将多个芯片和可能的无源元件集成在同一封装内，形成具有系统功能的模块，因 而可以实现较高的性能密度、更高的集成度、更小的成本和更大的灵活性。 SPI 的出现使封装在观念上发生了革命性的变化，从原来的封装元件概念演变成封装系统。 SPI 的一种高档模式是将介质、导体、电容器、电阻器、光电子 (如波导 )等集成在一起，封装效率可提高约 80%。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 37 页 图 12 系统封装 (source:Amkor and chipmos) (SOC： System on a Chip) 将整个系统的功能完全集成在同一个半导体芯片上。 但目前由于知识产权、经费和技术等方面的 困难， SOC 的发展受到了一定的阻碍。 在微电子封装业高速发展的背景下 ， 现在以下几点研究课题尤为引人注目 ： 无铅焊接，导电胶 ， 底层填料 ， 高密度基板。 （ 1） 无铅焊料 ： 由于 PbSn 共晶焊料中含有有害健康和环境的铅元素 ， 因而焊料的无铅化一直是电子工业广泛关注的一个问题。 虽然禁铅几经起落，但随着环境保护意识的不断增强及市场竞争的不断加剧，无铅焊接正离我们越来越近。 目前的无铅焊料体系一般都比共晶锡铅材料的熔点高。 由于现在绝大多数器件为塑料封装器件，焊接温度的提高对器件的抵抗热应力和防潮性能必定提出更高的要求，同时焊接设 备也会产生一定影响。 （ 2） 导电胶 ： 导电胶焊接由于具有一系列的优点如成本低廉、焊接温度低、不含铅 、 可以实现很小的引脚间距等，因而近二十年一直颇受关注，并且导电胶焊料在某些领域已获得了很好的运用。 虽然由于平面阵列式器件如 BGA， CSP 的出现在一定程度上缓解了间距不断变小在时间上的应力，但在未来，器件的引脚间距仍肯定继续朝着不断减小的方向发展，因而在未来，导电胶仍将是锡铅焊接材料的一个强有力的竞争者。 （ 3） 底层填料 ： 底层填料原来仅仅用于较大芯片的倒装焊接应用，以增加焊点的热疲劳寿命。 现在已经被大量应用于 CSP 器件中，用以增强焊点抵抗机械应力、振动、冲击等的能力。 底层填料主要分为流动型和无流动型。 无论是流动型还是无流动型的底层填料，一经固化，器件一般无法返修，这一特性从某种程度上限制了底层填料在产业的应用。 近年来在可返修底层填料方面已经取得了很好的进展，现己经开发出在化学可返修、热学可返修、热塑型底层填料等样品。 预期相应产品在短期内会逐步走向市场。 （ 4） 高密度基板技术 ： 随着电子系统不断向高密度、高速度方向发展，现有基板 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 37 页 制备技术己经无法满足技术要求，高密度基板技术应运而生。 高密度基板的典型要求如下 ： 线宽 /线距 ： 75/75 微米，焊盘尺寸 ： 150~200 微米，微通孔尺寸 ： 200 微米。 传统基板制备技术显然无法达到这样的要求。 目前高密度基板技术在数字摄像机、通讯和计算机等领域己获得了相当程度的应用，且应用范围正不断扩大。 与此同时为进一步提高系统的密度，将无源器件集成于基板制造过程中的技术也己经步入研究开发阶段 ， 在不久的将来有望在一定的范围内获得应用。 芯片技术的主要形式 裸芯片技术有两种主要形式：一种是 COB 技术，另一种是倒装片技术 (Flip chip)。 (1)COB 技术 ： 用 COB 技术封装的裸芯片是芯片主体和 I/。