半导体故事:封装的开始,第 1 卷

2017 年 1 月 31 日的半导体故事,作者:Gyuik Jeong
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封装设计

亲爱的《Amkor 的故事》的读者,你们好,我是 Gyuik Jeong。作为《半导体故事》的新写手,我将在 2017 年继续讲述新的故事。起先,我加入公司的设计团队,并在之后的大约六年时间里从事设计业务。在此之前,我根本不知道半导体封装是怎么一回事。在很多友好的同事的帮助下,我从对封装一无所知到对一般封装的事情有了较多了解。所以,我的第一个话题是封装设计。

词典对“设计”的定义是,在制造机械、仪器或其他设备时对结构的规划和决定,以及每种材料、形状和尺寸等规格。自从半导体封装行业诞生以来,很多不同的封装产品不断被开发出来。今天的话题—设计,就是选择一种适当的产品和设计。

从个人角度来看,我认为设计的第一步是选择封装的种类。从所需输入/输出 (I/O) 端子的数量、封装的尺寸和形状、电气和热力属性,到最重要的因素之一—价格,在选择最适合的产品之前,必须全面地考虑各种条件。决定可能在设计前就已成形,但有时由于前述的原因可能在之后发生变更。

基板设计

第二步是设计基板。区分封装种类的标准之一是采用哪种基板。传统的选择是引脚框架,亦即通过蚀刻技术在铜板上进行布线。由于其成本相对低廉,而且在电气和热力属性方面具有优势,因此,众多产品继续采用此类型基板。不过,随着半导体芯片的功能日益增多,所需的 I/O 端子也不断增加,我们已经到了引脚框架封装的结构极限。因为 I/O 端子仅位于封装外部,想要拥有更多端子,封装的尺寸必须越来越大。如下图所示,引脚框架可以使用两条或三条线路,而不是一种及不同形状的 I/O 端子形状,但它依然难以满足所有的需求。另外,采用这种设计经常还会遇到其他麻烦,因为只有一面布线层能够被加以利用。

▲ 引脚框架
▲ 不同种类的引脚框架封装

 

即使未接触过半导体封装,您也可能听说过 "PCB"。PCB 的全称为印刷电路板,它可以克服引脚框架的众多缺陷。下图是它的结构简化。

▲ 多种不同的封装基板(图片来源:https://goo.gl/o5Umpb)
▲ 采用 PCB 和剖面结构的封装

 

基本结构具有处于特定目的经过适当设计的导电层,中间则采用电绝缘材料。用文字难以结束清楚,请看下图。引脚框架在布线设计上受到限制,因此,在引线接合时,它必须使用最近的引脚。如果您想要连接到另一端的引脚,如图中的红色引脚,这样做本身并非不可能,但在制程期间容易出现问题,或者最终影响封装的性能。目前,PCB 可以使用多个布线层和通孔 (Via) 封装在布线层之间实现垂直连接,从而轻松连接至您想要的位置。(下一期续)

关于作者
在理想的驱动下,我在 10 年前加入 Amkor。人们都说 10 年时间可以让世界发生天翻地覆的变化,但我希望自己像新入职的员工一样保持好奇心并对一切工作感到惊喜,这样的话,工作永远会充满乐趣。