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1 引言
所謂封裝是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部與外部電路的橋梁，芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此封裝是器件的重要組成部分之一，起著非常重要的作用。隨著電子系統(tǒng)的小型化和高性能化，封裝已變得和芯片一樣重要。封裝成本在半導(dǎo)體銷售值中占的比例也越來越大。因此電子封裝受到空前的重視，在美、日等國，電子封裝都是作為一個單獨(dú)的行業(yè)來發(fā)展，而對于新加坡、臺灣等亞洲國家和地區(qū)，更是把電子封裝及組裝技術(shù)作為他們的工業(yè)支柱，處于絕對優(yōu)先的發(fā)展地位。
2封裝形式和結(jié)構(gòu)
由于封裝的用途、使用環(huán)境、生產(chǎn)歷史等原因，使封裝不但在型號規(guī)格上繁雜，而且封裝形式也多樣。常見的封裝材料有：金屬、陶瓷、塑料、玻璃等，根據(jù)材料的不同封裝主要分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝三種類型，金屬封裝由于在最嚴(yán)酷的使用條件下具有杰出的可靠性而被廣泛用于軍事和民用領(lǐng)域。金屬封裝現(xiàn)有的封裝形式一般包括平臺插入式金屬封裝、腔體插入式金屬封裝、扁平式金屬封裝和圓形金屬封裝等。
2．1平臺插入式金屬封裝
平臺插入式金屬封裝由平臺式的管座和拱形管帽組成，這種形式的封裝一般用儲能焊的方法對管座和管帽進(jìn)行封接，也可采用錫焊或激光焊封接。管座一般由底板、引腳和玻璃絕緣子燒結(jié)而成，圖1以雙列平臺插入式金屬封裝為例來說明其具體的結(jié)構(gòu)。
2．2腔體插入式金屬封裝
腔體插入式金屬封裝由腔體式的管座和蓋板組成，這種形式的封裝一般用平行縫焊的方法對管座和蓋板進(jìn)行封接，也可采用激光焊封接。蓋板有平蓋板和臺階蓋板兩種類型，一般采用臺階蓋板，因?yàn)榕_階蓋板有一定的定位作用和較好的強(qiáng)度。管座一般由像浴盆形狀的腔體式殼體、引腳和玻璃絕緣子燒結(jié)而成，圖2以雙列腔體插入式金屬封裝為例來說明其具體的結(jié)構(gòu)。
2．3扁平式金屬封裝
扁平式金屬封裝由蝶型管座和蓋板組成，這種形式的封裝一般用平行縫焊的方法對管座和蓋板進(jìn)行封接，也可采用激光焊封接。蓋板與腔體插入式金屬封裝一樣有平蓋板和臺階蓋板兩種類型，一般也采用臺階蓋板。管座一般由側(cè)面打孔的金屬框、引腳和玻璃絕緣子先燒結(jié)再用焊料焊上底板而成；也有用拉伸的浴盆狀腔體式殼體側(cè)面打孔直接燒結(jié)引腳的形式。圖3、4分別以雙列扁平式金屬封裝為例來說明這兩種結(jié)構(gòu)。
2．4圓形金屬封裝
圓形金屬封裝由圓形的管座和拱形管帽組成，這種形式的封裝其結(jié)構(gòu)實(shí)際與平臺插入式金屬封裝相近，因而它們所適用的管帽封接方法也幾乎相同，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3封裝的生產(chǎn)工藝
首先介紹金屬封裝的主要生產(chǎn)工藝流程：
零件準(zhǔn)備一裝配一燒結(jié)一焊接(扁平式封裝或有接地引腳時)一連接工藝導(dǎo)線一鍍前處理一電鍍一切腳一(檢測)一包裝入庫。
3．1零件準(zhǔn)備
3．1．1零件材料
金屬封裝的零件一般包括底板、框、玻璃珠、引腳、焊料、管帽或蓋板，同一封裝一般使用同種材料或膨脹系數(shù)很接近的材料，根據(jù)封裝使用性能要求的不同可選用的材料也較多，有鐵鎳鈷合金、鐵鎳合金、銅、鎢銅和鉬銅等銅合金、鋼、不銹鋼、鋁、鋁合金等。①底板、框、管帽或蓋板材料一般首選鐵鎳鈷合金、鐵鎳合金，底板和框在有特殊要求時可選用銅、鎢銅和鉬銅等銅合金、鋼、不銹鋼、鋁、鋁合金等；②引線材料一般是鐵鎳鈷合金、鐵鎳合金、銅以及鐵鎳合金包銅或銅包鐵鎳合金等；③玻璃珠材料一般選擇膨脹與其直接燒結(jié)的底板或框和引線相匹配的材料，在必要時也可以選用膨脹系數(shù)較小的材料進(jìn)行壓縮封接；④焊料一般選用純金屬(如銅、銀、錫等)或合
金(如銀銅、金銀銅、銀銅錫、鈀銀銅、錫鉛等)。
3．1．2金屬零件前處理
所有金屬零件都需經(jīng)過高精度的機(jī)械加工成型，而且在成型過程中要特別注意封接表面的粗糙度，因?yàn)樘植诘谋砻婧吞鉂嵉谋砻娑紩?dǎo)致封接質(zhì)量不好而影響氣密性，合適的金屬零件表面粗糙度應(yīng)為Ra=3．2～6．3µm。
零件成型后要注意清洗、脫碳、預(yù)氧化這三個環(huán)節(jié)。①清洗時要用汽油、堿液、酒精等反復(fù)清洗，最好是用超聲波清洗；②脫碳的目的是除去表面沾污和減少金屬表面的碳含量、熔在內(nèi)部的氣體含量并減小應(yīng)力。一般使用的脫碳工藝為1 050℃氫氣氣氛下保溫30分鐘；③預(yù)氧化的質(zhì)量直接影響著封接氣密性以及引線與玻璃的結(jié)合強(qiáng)度、玻璃燒結(jié)氣泡、玻璃沿引線上爬等方面質(zhì)量，所以對預(yù)氧化的工藝、質(zhì)量控制要特別嚴(yán)格。在預(yù)氧化方面，從上個世紀(jì)40年代開始到現(xiàn)在，有許多研究者對金屬零件特別是鐵鎳鈷可伐合金進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，這些研究者從封接的熱力學(xué)、機(jī)械結(jié)合、熔融中間化合物和化學(xué)健合等方面進(jìn)行研究，認(rèn)為需要得到的氧化物應(yīng)該主要是低價氧化物而不是高價氧化物而且氧化物的厚度要適當(dāng)并分布均勻。
3．2燒結(jié)和焊接
在玻璃燒結(jié)和焊料焊接的過程中需要注意的是針對不同的玻璃、焊料種類(包括成份和大小)所采取的溫度曲線和氣氛，也就是說要對各溫區(qū)的溫度、爐子鏈帶的轉(zhuǎn)速、以及保護(hù)氣體的流量等因素進(jìn)行控制，并且要在玻璃燒結(jié)時給產(chǎn)品蓋上專做的盒子，還可以在盒子內(nèi)放一些活性碳球，這樣能提高產(chǎn)品的燒結(jié)質(zhì)量。
3．3鍍前處理
為了保證電鍍的質(zhì)量，在電鍍前必須除去產(chǎn)品表面的油漬、沾污以及氧化層。在一般情況下都是采取化學(xué)的方法進(jìn)行前處理，針對不同的封裝材料有不同的清洗和拋光辦法，在封裝的外觀要求非常高時還可以通過機(jī)械球磨、噴砂和化學(xué)拋光相結(jié)合的辦法處理。
3．4電鍍
封裝需要滿足鹽霧試驗(yàn)、鍵合、可焊性和引線牢固度等試驗(yàn)的要求，而這一些要求的滿足與電鍍質(zhì)量是緊密聯(lián)系在一起的，所以電鍍質(zhì)量的好壞直接影響封裝的質(zhì)量，必須嚴(yán)格把關(guān)。
目前一般的金屬封裝通過在表面先鍍鎳再鍍金的方法來滿足要求，對于多種金屬組合的封裝，為了使殼體表面的電位一致、鍍層均勻又不發(fā)生化學(xué)置換影響結(jié)合力，可以先鍍一層銅。
4結(jié)束語
封裝是器件的重要組成部分之一，經(jīng)過不斷的變遷正朝著適用頻率越來越高、耐溫性能越來越好、引線數(shù)增多，引線間距減小、重量減輕、可靠性提高、使用更加方便、芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1的方向發(fā)展。為了不斷滿足器件業(yè)的要求，封裝的穩(wěn)定和發(fā)展十分重要。為了能使封裝業(yè)發(fā)展的更快，國內(nèi)從事封裝的企業(yè)、單位應(yīng)聯(lián)合起來揚(yáng)長避短共同克服難關(guān)。
