电子封装
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什么是电子封装?
电子封装是一个术语,既可应用于电子元件封装程序,也可应用于由这些过程产生的最终产品或系统。
它包括设计和制造结构和外壳,以保护电子元件、半导体设备和系统免受物理损坏、环境压力和电磁干扰,同时确保其正常工作。它还包括选择最佳的材料和设计,以确保组件的耐用性,并赋予各种功能,例如防止静电放电 (ESD) 。
如今,电子封装已成为日常生活的重要组成部分,我们每天依赖的电气组件、设备和系统(从智能手机到计算机等)都需要某种类型的封装。
电子封装在什么情况下有用?
电子封装是组件和设备性能、安全性和使用寿命的关键推动因素。深入了解其不同的使用案例,从防范环境危险到优化功能、确保安全性和增强用户体验:
电子封装对哪些常见应用很重要?
如今,电子封装几乎无处不在——从可穿戴设备到航空航天领域。由于它在众多不同领域中发挥着关键作用,只用一页无法列出所有用途。
常见应用包括:
电子封装技术
电子系统封装都分哪些等级?
电子系统封装可分为多个等级。封装的等级取决于诸如应用需求、环境条件、尺寸限制和成本考虑等因素。点击下图中的加号,了解更多有关不同等级的信息。
晶圆级
0 级 - 集成电路 (IC) 芯片
1 级 - 组件
2 级 - 印刷电路板 (PCB)
3 级 - 模块
4 级 - 系统
电子封装都分为哪些不同类型?
从简单的塑料外壳到特殊的陶瓷或玻璃-金属封装,封装可分为多种类型。选择哪种封装取决于许多因素,包括组件类型和尺寸、应用要求、散热因素、电气特性和制造工艺。另一个关键问题是是否需要完全密封。
电子封装是如何制造的?
电子封装由一系列制造工艺制造而来,旨在封装和保护集成电路 (IC) 和其他组件。同时,它们需要提供电气连接并确保适当的散热。
制造工艺在以下方面有所不同:
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传统 IC 封装:
将芯片直接放置在引线框架上,无需腔体。导电环氧树脂材料、共晶键合或焊接,用于将电子元件安装到相应的载体上。然后,使用打线或翻转芯片工艺将封闭的电子元件连接到导体上。最后一步是使用封装或包覆成型,以确保芯片和封装材料之间没有残留气体。 -
空腔型封装:
某些外壳,尤其是用于光学部件或微机电系统 (MEMS) 的外壳,可能需要一个腔体来固定或安装电子元件和光学元件。安装贯穿件,用来导通电信号和电源动力通过机箱。封装内的环境可为室内空气、干燥空气、惰性气体或真空。一旦获得期望的内部环境,就封闭或密封腔体。
传统电子封装制造的关键步骤
- 设计和材料选择:
封装设计会考虑到组件类型、尺寸、功率和环境。选择材料,包括基板和互连件,以及温度管理组件。 - 芯片贴装:
半导体芯片或芯片使用粘合剂材料、共晶芯片键合或焊接附接到基板或封装。 - 引线键合:
芯片通过细线(通常为铝或金)与封装引线相互联接。此步骤在芯片和外界之间建立电气连接。 - 封装 / 密封:
防止损坏和处于环保考量,部件和电线密封在保护树脂中。对于气密密封,焊接金属盖或盖子,以在组件周围形成真空密封外壳。 - 测试和检查:
封装经过严格测试,以确保质量和性能。
观看以下短片,深入了解每个关键步骤。
电子封装的未来趋势
是什么推动了电子封装的发展?
许多因素都会影响材料、设计和制造工艺的开发,以满足电子行业不断变化的需求。创新的重要驱动因素包括小型化 、可靠性和能效 。尽管行业不断需要提高功能和性能, 但同时也要求降低成本。
谈到特定趋势,其中一个是将尽可能多的功能直接集成到半导体芯片上。例如,系统芯片 (SoC) 和系统封装 (SiP) 方法正在用于将各种组件和功能集成到移动或物联网应用的单个芯片上。
当将多个功能集成到一个芯片上时,只需要封装一个设备,而不是封装许多单独的组件。这简化了整体封装过程,同时提高了性能,降低了功耗,缩小了整体外形系数。
还有在晶圆级别执行更多的封装过程,这样可以同时封装处理多个芯片。这可优化生产效率和总体成本效益。它还进一步减少了对传统封装的需求。
电子封装如何满足微型化要求?
微型化是当今推动电子封装技术发展的最重要趋势之一。无论是新型医疗设备还是最新的可穿戴技术,对更小、更轻、更节能的组件的需求都在推动着打破极限。
随着设备不断缩小,行业正在开发新方法来创造轻盈小巧的封装,同时保持卓越的保护。其中包括芯片堆叠和 3D 封装,它们可优化智能手机内部空间的使用。随着电子元件越来越小,它们也变得可以无缝集成到织物和柔性基材中。由此实现了许多全新的功能,例如检测生命体征和提高运动表现。随着这些先进技术的发展,需要新型的生物相容性的微型化封装解决方案来保护和集成这些电子元件。消费电子产品领域更广泛的环保运动也越来越重视使用可持续材料。
结论
电子封装不仅对保护电子元件和设备至关重要,而且还可确保其功能和性能。电子封装还包括热管理、电子连接、干扰抑制和结构支持,可确保设备高效、可靠且适用于各种行业。随着电子产品越来越多地融入日常生活,封装解决方案将继续适应提高性能、紧凑性和可持续发展的需求。
作者:Robert Hettler,光电产品研发主管
参考文献
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