一种新型覆膜封装设备的研究文献综述

 2022-11-04 11:07:12

文献综述:

选题背景及意义

封装对于芯片来说是必须且至关重要的。封装的好坏直接影响芯片自身性能的发挥以及与之连接的PCB(Print Circuit Board,印制电路板)的设计与制造[1]。一方面,芯片必须与外界隔离,防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,芯片封装后更便于安装和运输。封装可以说是安装半导体集成电路芯片用的外壳,不仅起到安放、固定、密封、保护芯片的作用,而且还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁[2]

芯片的封装技术已经历经了好几代变迁,技术指标越来越先进,比如芯片面积与封装面积之比越来越接近、适用频率越来越高、引脚数增多、引脚间距减小、重量减轻、可靠性提高、使用更方便等[3],促使这些可见的变化的根本原因是市场需求。从80年代中后期开始,电子产品正朝便携式/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新的更高的要求:单位体积信息提高(高密度化);单位时间处理速度提高(高速化)。为了满足这些要求,势必要提高电路组装的功能密度,这就促进了芯片封装技术的发展,进而研发诞生了许多新型封装设备。

顺应目前芯片封装技术快速发展的现状,本课题旨在研究新型覆膜封装设备,从而实现PCBA板的快速、精确、低成本封装,为封装设备的研发提供完整的理论分析与技术支持。

研究现状及成果

六七十年代的中小规模IC曾大量使用TO型封装,后来开发出DIP(Dual In-line Package,双列直插式封装)、PDIP( Plastic Dual In-Line Package,塑料双列直插式封装),并成为这个时期的“封装霸主”。八十年代出现了SMT(Surface Mount Technology,表面组装技术),相应的IC封装形式开发出适于表面贴装短引线或无引线的LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier,无引线陶瓷封装载体)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier,带引线的塑料芯片载体)、SOP(Small Out-Line Package,小外形封装)等结构。在此基础上,经过十多年研制出QFP(Quad Flat Package)。为了进一步提高组装密度,出现了芯片封装界的“中流砥柱”:BGA(Ball Grid Arary,球栅阵列)、CSP(Chip Size Package,芯片尺寸封装)和QFN(Quad Flat No-lead,方形扁平无引脚封装)[4]

现阶段,人们逐渐在应用中发现,无论采用何种封装技术后的裸芯片,在封装后裸芯片的性能总是比未封装的要差一些。于是人们对传统的混合集成电路(HIC)进行彻底的改变,提出了多芯片组建(Multi Chip Module,MCM)这种先进的封装形式[5]。MCM技术集先进印制电路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体,是典型的垂直集成技术,对半导体器件而言,它是典型的柔性封装技术,是一种电路的集成。目前MCM技术已经成功应用于大型计算机和超级巨型机中,今后将应用于工作站、个人计算机、医用电子设备及汽车电子设备等领域。

为了适应目前电路组装高密度要求,芯片封装技术的发展日新月异,各种新技术、新工艺层出不穷。本课题中所研究的新型覆膜封装设备正是顺应发展潮流,主要由加热部分、设备部分、控制部分、真空部分等组成。以下主要介绍设备加热部分和控制部分通过查阅资料得到的一些成果。

1.2.1 加热部分

加热部分选择采用红外辐射加热,因为红外加热效率高、能耗低、热惯性小容易实现精确控温、产品受热均匀因而产品的品质高。1900年普朗克定律表明热辐射可在真空中(空气中)传递能量,且辐射能与温度的4次方成正比[6]。虽然红外辐射距今只有116年的历史,但随着国民经济的迅猛发展,红外辐射在科研、生产中的使用日见增多,但要注意与世界接轨,按国际规范使用。

红外加热实质为红外线的辐射传热过程,当红外放射源所辐射的红外线波长和被加热物体的波长一致(“光谱匹配原理”)时,被加热物体吸收大量红外线能量,使物体内部原子和分子产生共振,相互摩擦生热,从而使被加热物体快速升温。通过大量的实验得知,红外加热的效果与红外线能量强弱、红外辐射峰值波长的大小、被加热物体的吸收光谱和被加热物体的厚度相关[7]

所选用的红外加热源应该耐高温,电热转换效率高,热惯性小,升温快,结构合理,寿命长,特别要求可靠性高,同时必须注意加热源的排布方法,确保加热均匀[7]

1.2.2 控制部分

在20世纪40年代以前,除了最简单的情况下可采用开关控制外,PID控制为唯一的控制方式。到现在,PID控制由于自身的优点仍然是应用最广泛的基本控制方式,占整个工业过程控制算法的85%到90%。PID控制器根据系统的误差,利用误差的比例、积分、微分三个环节的不同组合计算出控制量,具有适应性强、鲁棒性强、对模型依赖少的特点。

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