有機無機混成材料於電子構裝之應用
授課教師:楊偉達博士
任職單位:工研院材化所
電腦演化史
第一代電腦
第一代電腦(1951-1958)使用真空管作為主邏輯元件,體積大、速度慢、價錢貴、易發熱、十分耗電且故障不易排除。它是由英國劍橋大學研發出來的,主要是利用電腦輸出之數位訊號經轉換為類比訊號。
第二代
第二代電腦-電晶體(西元1960年-西元1965年)電晶體幾乎完全取代真空管,此時計算機的速度也比真空管電路快一千倍,且第一個可和使用者以圖面交互溝通的軟體系統,此系統與使用者利用光筆(light pen)直接接觸螢幕來相互溝通。
第三代電腦
第三代電腦---IC(西元1965年-西元1970年),積體電路取代電晶體電腦是在IBM S/360上產生的,積體電路體積小、運算快、成本低等的優點,至使往後電腦的發展都以此來研發,也因為電腦的成長快速,軟體也發展出FORTRAN、COBOL和ALGOL…等軟體應用在科學、商業、軍事等方面。
第四代電腦
第四代電腦---VLSI(西元1970年以後),IBM S/370更大型積體電路
(Large-scale integrated circuits,LSI),其CPU的速度已達十億分之一秒(nenosecond;10-9)秒。後來超大型積體電路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的出現,更是電腦的輝煌期。
(Large-scale integrated circuits,LSI),其CPU的速度已達十億分之一秒(nenosecond;10-9)秒。後來超大型積體電路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的出現,更是電腦的輝煌期。
看到電腦的演化史,我們發現現在的組裝零件體積越來越小、速度越來越快。什麼是電子構裝?電子構裝是將半導體、電子元件所具有的電子的、物理的功能,轉變為適用於機器或系統的形式,並使之為人類社會服務的科學與技術,以發揮此系統設計的功能。
電子產品製造流程
BGA
理解電子構裝所涉及的範圍及各工序、各部分之間的關係。
1.點-從幾何維數看為零維,透過點的接合實現電氣導通,如導線連接的接合點、覆晶的接點、迴銲的接合點等。
2.線-從幾何維數看為一維,透過導線實現電氣連接,如接合引線、帶載引線、電極佈線、電源線、接地線、信號線等。
3.面-從幾何維數看為二維,透過封接實現面與面的緊密接觸,以保證固定、密封、傳熱等。
4.體-體透過構裝,如將可塑性的絕緣介質經注模、灌封、壓入等,使晶片、中介板(或基板)、電極導線等密封為一體(上圖),從幾何維數看構成三維的構裝體,而起到密封、傳熱、應力緩和及保護等作用。狹義的構裝即指此過程。
5.塊-帶有電極引腳的構裝體即為「塊」,「塊」與下面要討論的「板」可以看作是多維體。6.板-構裝有半導體積體電路元件,L、C、R等分立元件,變壓器和其他部件的基板即為「板」。構裝(以下簡稱PKG)特指上述構成「體」的過程(packaging),或指封裝體本身(package);構裝技術指從點、線、面到構成體的全部過程及工程,泛指廣義的「封裝」。
1.點-從幾何維數看為零維,透過點的接合實現電氣導通,如導線連接的接合點、覆晶的接點、迴銲的接合點等。
2.線-從幾何維數看為一維,透過導線實現電氣連接,如接合引線、帶載引線、電極佈線、電源線、接地線、信號線等。
3.面-從幾何維數看為二維,透過封接實現面與面的緊密接觸,以保證固定、密封、傳熱等。
4.體-體透過構裝,如將可塑性的絕緣介質經注模、灌封、壓入等,使晶片、中介板(或基板)、電極導線等密封為一體(上圖),從幾何維數看構成三維的構裝體,而起到密封、傳熱、應力緩和及保護等作用。狹義的構裝即指此過程。
5.塊-帶有電極引腳的構裝體即為「塊」,「塊」與下面要討論的「板」可以看作是多維體。6.板-構裝有半導體積體電路元件,L、C、R等分立元件,變壓器和其他部件的基板即為「板」。構裝(以下簡稱PKG)特指上述構成「體」的過程(packaging),或指封裝體本身(package);構裝技術指從點、線、面到構成體的全部過程及工程,泛指廣義的「封裝」。
PKG功能
電子構裝的主要目的之一為提供 IC 晶片之保護,以免受不當的外力破壞。外在的環境因素中,水氣是電子元件破壞最主要的因素。水氣會侵入元件中使絕緣材料的表面電阻降低; 由於 IC 晶片中導線電路的間距極小,故導線間很容易建立一強大的電場,水氣的侵入在相同導體金屬間將引發電解反應(Electrolytic Reaction)使陽極金屬溶解,陰極金屬產生鍍著;在不同導體金屬間,水氣將引發電池(Galvanic Cell)反應而產生腐蝕,這些效應都會造成 IC 元件的劣化與損壞。
元件與電路板接合完成後表面通常有製程殘餘的助銲劑、銲錫微粒與浮渣、銲油、電路板纖維與粉屑及人為與儲存過程留下的污染。帶有極性與離子性的污染與環境濕氣結合產生的游離效應會降低表面電阻,引起電源與訊號的洩漏、腐蝕、電遷移(Electromigration)等現象而破壞電路結構;非極性與非離子性的松酯或油酯類污染會降低黏著性、提高接觸電阻,有礙成品外觀;不溶解與粒狀的的銲鍚微粒、浮渣、粉屑、纖維、汙跡等除了有礙成品外觀之外,導電性微粒會造成短路,非導電性微粒則可能妨礙銲接點的電傳導,這些污染都必須除去
元件與電路板接合完成後表面通常有製程殘餘的助銲劑、銲錫微粒與浮渣、銲油、電路板纖維與粉屑及人為與儲存過程留下的污染。帶有極性與離子性的污染與環境濕氣結合產生的游離效應會降低表面電阻,引起電源與訊號的洩漏、腐蝕、電遷移(Electromigration)等現象而破壞電路結構;非極性與非離子性的松酯或油酯類污染會降低黏著性、提高接觸電阻,有礙成品外觀;不溶解與粒狀的的銲鍚微粒、浮渣、粉屑、纖維、汙跡等除了有礙成品外觀之外,導電性微粒會造成短路,非導電性微粒則可能妨礙銲接點的電傳導,這些污染都必須除去
以上資料擷取自有機無機混成材料於電子構裝之應用 工研院材化所 楊偉達博士及網路上圖片和構裝技術概述