本书通过四种最有代表性的封装类设计实例(QFP、PBGA、FC-PBGA、SiP)，详细介绍了封装设计过程及基板、封装加工、生产方面的知识。 本书还涵盖封装技术的概念、常用封装材料介绍及封装工艺流程、金属线框QFP的设计、WireBond介绍、PBGA设计、基板工艺、封装工艺、8个Die堆叠的SiP设计与制作过程、高速SerDes的FC-PBGA设计关键点、Flip Chip设计过程中Die与Package的局部Co-Design。 本书免费提供作者在日常封装设计过程中自行开发的多个高效率封装辅助软件小工具，并不定期到www.eda365.com网站的“IC封装设计与仿真”版块更新及增加。

作 者 简 介 毛忠宇 1995年毕业于电子科技大学微电子科学与工程系并获学士学位。 1995—1998从事时钟及音乐类IC设计及IC测试。1998—2013在深圳华为技术有限公司及海思半导体有限公司先后负责：高速PCB设计，SI/PI仿真，PI仿真流程及仿真平台建设，网络类、接入类ASIC封装项目，微波封装项目。 现任深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司CAD事业部研发部经理，EDA365论坛特邀版主。 潘计划 2006年毕业于哈尔滨工程大学，一直从事IC封装相关工作。 熟悉封装加工工艺、基板制造工艺及封装的设计仿真流程，参与开发过Wi-Fi、Bluetooth、CMMB等数十款SiP封装。 现就职于深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司，任职封装设计部主管。 袁正红 2007年毕业江西理工大学电子信息科学与技术。 一直从事封装设计工作，曾参与新封装厂筹建、组建封装设计部，任职主管。主导基于Substrate与Leadframe的多芯片SiP项目的设计与导入，产品多次领先行业水平。拥有2项封装产品设计专利，3项审批中专利。 现就职于深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司。 前言 随着近期国家在芯片设计与制造方面大量的实质性财力投入，国内规则较大的IC设计公司的出现与整合，与之相关的封装基板及封测厂配套生产线也相继建成，封装设计已是其中的重要一环。 芯片信号速度的提升及性能的逐年提高，使得封装设计不再是芯片与基板的一个简单信号连接，而已成为芯片项目开发的一个重要组成部分，甚至成为芯片成败的关键。 SiP的兴起，解决了不同IC工艺融合、缩短产品上市周期、增强功能方面的问题，封装的设计已成为一个重要的业务分支，它涉及的领域包括基板加工、封装电性能设计、封装测试、封装散热性能、封装机械加工、材料、封装装配和可靠性等方面。 本书的三个作者在不同公司从事封装设计较长时间，长期在一线从事具体的设计与仿真，对封装设计生产及加工有各自独特的经验及设计方法，本书把不同公司的设计方式、理念融合在一起，从不同视角、不同经验方面与读者无私共享封装设计内容。 本书总共分为10章，系统地介绍了4个最经典类型的封装。第1，8，9，10章由毛忠宇编写，第2，3，7章由袁正红编写，第4，5，6章由潘计划编写，最终由毛忠宇统一定稿。各章节的主要内容为：第1章常用封装简介；第2章Wire Bonding介绍；第3章QFP封装设计；第4章WB-PBGA封装设计；第5章WB-PBGA基板工艺；第6章WB-PBGA封装工艺；第7章SiP封装设计；第8章FC-PBGA封装设计；第9章封装链路无源测试；第10章封装设计自开发辅助工具。 本书卖点 ● IC封装入门及进阶最佳教材 ● 基于工程实践的四类典型封装设计例子 ● 开创读者与作者实时互动的论坛交流模式 ● 图文并茂详细解说封装设计与加工步骤 ● 免费提供高效封装设计辅助工具 ● IC封装/SI/热/硬件/PCB工程师进阶必选 本书从构思到初稿完成只用了3个多月的时间，虽然我们尽了很大努力使内容尽可能完善及详细，但受时间、知识与能力的限制，书中难免会有错误及考虑不周的地方，恳请各位专家及读者给予指正。 有机会通过本书分享PCB/封装设计方面的知识，首先要感谢陈兰兵、胡庆虎、姜向忠三位前同事，是他们让我有机会进入这个行业并提供了让我发挥的空间。他们是国内大企业中引进PCB的仿真概念，建立、实施仿真平台及与外国PCB领域合作方面的开拓者，对国内PCB仿真设计行业有很大的贡献。他们在15年前的行为对国内PCB设计及仿真的影响在今天看来仍然是很有远见的。其次，要感谢我的妻子及女儿毛静潜，由于我在原公司工作期间经常加班，与家人在一起的时间较少，所以在此特别感谢她们的理解与支持。 毛忠宇 2014年03月 深圳 序 2014甲午年，注定有很多不平凡的事儿会发生。特斯拉大战宝马，红包+各种“宝”挑战银行，诸如此类，多种传统行业突然发现自己被互联网企业包围甚至跨界颠覆了。互联网思维一时喧嚣其上，微创新颠覆了行业围墙。早就有人叫嚷IT不再重要，硬件不再重要。那还重要的是什么？是大数据，是云技术云云。可是，再怎么“云”，云也需要底层互连！ 互连工程设计中，有这些层面：系统间互连、背板互连、板级互连，最底层的互连是芯片内的管间互连，属于芯片设计范畴，称为片上互连。片上互连到板级互连之间有一个桥梁，就是封装设计，对于高速、高密的芯片信号，封装设计已成为芯片是否可以成功应用的关键路径。 互联网思维的核心是创新，而且是专注、极致、个性化的。这个思维与封装设计有什么关系呢？芯片设计的竞争非常激烈，不仅拼比高速、高密、高性能、高度系统集成，同时还拼比成本和可靠性。当今一个复杂芯片的初始验证设计投入动辄在2000万元以上，这样的芯片只能成功不能失败。一个可信赖的封装设计是保证芯片最终成功的关键因素之一。在芯片设计阶段就要开始封装设计，能够让芯片或系统的开发失败风险降低。设计出一个好的芯片，不仅仅是片上设计的事情。它需要系统的、完善的、与之匹配的封装设计，才能够保证芯片后面的成功。对于每款高速、高密集成的芯片，其封装设计都应是个性化的且都是针对芯片进行各种优化的。 封装设计的性能可以用一个函数来表示： Packaging_Performance = f（Critical_HS_Speed, Timing，IO-Map，Power，Size，Thermal，Mechanical,EMC，ESD，Material，DFM，DFT，Cost） 对应参数含义：关键高速信号速率，时序，引脚分布，功耗，大小，散热，结构，电磁兼容，防静电，材料，加工方式（DFM），可测性（DFT），成本性。 这些变量是互相影响，甚至是相互矛盾的，找到一个最优解相当复杂，很难让每一个纬度都得到最优满足。必须在有限的范围内专注，做到极致。 封装不仅是芯片的物理性安全防护，也是确立芯片工作环境的关键一步。芯片的应用手册有很多是来自于其封装设计的限制。 当开始设计某个重要的新的芯片时，或许想创新一个新型封装，但一个新型封装的成熟和验证需要时间，量产问题也需要解决，风险太大客户也可能无法等待。解决方案只能是从挑选一个比较成熟的封装形式开始，进行个性化设计和优化。 因此，把开发上市时间也一起考虑进来，封装设计实际上是一个超12纬度的非线性的复杂系统设计。封装设计工作完成的是芯片的成本性、可靠性、验证性设计，预防芯片设计中的缺陷并确立和优化芯片工作环境，对芯片开发成功有着举足轻重的作用。 封装设计不是简单的互连，而是成本、可靠性、可测试性等多种因素的优化折中，以使芯片量产和应用失败的风险降到最低。封装设计考验的不是单纯的连接技术，它涉及多个交叉学科，是芯片成功投入应用的最关键的风险预防手段。封装设计是芯与芯的沟通连接手段，是芯片获得最佳的风险成本收益比的必由之路。这就是封装设计，它需要专注，需要极致。 显然，封装设计不能凭手工作业，它需要有同生产加工过程相衔接的专业化工具和其特有的方法。本书作者们基于实际封装设计经验，详尽介绍了主要几类封装设计的过程、方法和流程，同时孜孜以求，在工具应用的高效率方面授人以渔，给基础设计工具增加了更实用的开发工具。他们是中国封装设计界的先锋军。 在当今“软件吃掉硬件”的世界里，有一群工匠潜心于封装设计这门小众的“武功”，的确让我为之赞叹。 “2014年要有中国芯”已经呼唤很多年而未达期望。中国芯的产业化，需要和其匹配的相关生态环境，这些基础环境必不可少，甚至更需领先一步。封装设计人才和能力就是其中的基础之一。封装设计需要系统性和整体性的提升和追赶，本书将燃起希望的亮光。 本书谈论的技术非常专业，跨领域非常宽，涉及的设计细节非常深，是写给有志于硬件系统设计的“偏执狂们”的。在互连设计工程领域，包括封装设计，唯有偏执狂才能够成功。 IC封装基础与工程设计实例序封装设计使芯片或系统达到稳定可靠的应用，并兼顾其成本，每个环节都需要充分的人际沟通和理解折中，是项目成败的关键风险控制过程，让芯不失连，高大上的云间互连才有根本的保证。 胡庆虎 甲午年3月于深圳

第1章常用封装简介 1.1封装 1.2封装级别的定义 1.3封装的发展趋势简介 1.4常见封装类型介绍 1.4.1TO （Transistor Outline） 1.4.2DIP (Dual In-line Package) 1.4.3SOP（Small Out-Line Package）/ SOJ（ Small Out-Line J-Lead Package） 1.4.4PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) 1.4.5QFP（Quad Flat Package） 1.4.6QFN(Quad Flat No-lead)/LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier) 1.4.7Leadframe的进化 1.4.8PGA(Pin Grid Array Package) 1.4.9LGA (Land Grid Array) 1.4.10BGA(Ball Grid Array Package) 1.4.11TBGA (Tape Ball Grid Array Package) 1.4.12PBGA (Plastic Ball Grid Array Package) 1.4.13CSP( Chip Scale Package)/FBGA (Fine Pitch BGA) 1.4.14FC-PBGA(Flip Chip Plastic Ball Grid Array) 1.4.15WLCSP（Wafer-Level Chip Scale Package） 1.4.16MCM(Multi-Chip Module) 1.4.17SiP（System in Package） 1.4.18SoC(System on Chip) 1.4.19PiP（Package in Package） 1.4.20PoP(Package on Package) 1.4.21TSV (Through Silicon Via) 1.5封装介绍总结 第2章Wire Bonding介绍 2.1Wire Bonding的特点 2.2Wire Bonding 的类型与操作过程 2.2.1线弧结构 2.2.2引线键合参数 2.2.3线弧类型 2.2.4键合步骤 2.2.5Wire Bonding的流程图 2.3Wire Bonding 工艺适合的封装 2.3.1QFN 2.3.2功率器件 2.3.3BGA 2.3.4多芯片叠层键合 2.3.5射频模块 2.3.6多排线键合 2.3.7芯片内侧键合 2.4Wire Bonding 设备介绍 2.4.1Wire Bonding设备的硬件组成 2.4.2金线键合设备 2.4.3楔焊设备 2.4.4铜线键合设备 第3章QFP封装设计 3.1QFP及Leadframe介绍 3.2Leadframe 材料介绍 3.3Leadframe Design Rule 3.4QFP设计方法 3.5Wire Bonding设计过程 3.6QFP Molding过程 3.7QFP Punch成型 3.8常用Molding材料介绍 3.9QFP Leadframe生产加工流程 第4章WB-PBGA封装设计 4.1新建.mcm设计文件 4.2导入芯片文件 4.3生成BGA 4.4编辑BGA 4.5设置叠层Cross-Section 4.6设置Nets颜色 4.7定义差分对 4.8标识电源网络 4.9定义电源/地环 4.10设置Wirebond导向线WB_GUIDE_LINE 4.11设置Wirebond 参数 4.12添加金线（Wirebond Add） 4.13编辑bonding wire 4.14BGA附网络（Assign nets） 4.15网络交换（Pins swap） 4.16创建过孔 4.17定义设计规则 4.18基板布线（Layout） 4.19铺电源\地平面（Power＼Ground plane） 4.20调整关键信号布线（Diff） 4.21添加Molding Gate和Fiducial Mark 4.22添加电镀线（Plating Bar） 4.23添加放气孔（Degas Void） 4.24创建阻焊开窗（Creating Soldermask） 4.25最终检查（Check） 4.26出制造文件（Gerber） 4.27制造文件检查（Gerber Check） 4.28基板加工文件 4.29封装加工文件 第5章WB-PBGA基板工艺 5.1基板分类 5.2基板加工涉及的主要问题 5.3基板结构 5.3.1截面（Cross section） 5.3.2Top层 5.3.3Bottom层 5.4CAM前处理 5.5Substrate Fabricate Flow（基板加工流程） 5.5.1Board Cut ＆ Pre-Bake（发料、烘烤） 5.5.2Inner layer Pattern（内层线路） 5.5.3AOI（自动光学检测） 5.5.4Lamination（压合） 5.5.5Drill （钻孔） 5.5.6Cu Plating（镀铜） 5.5.7Plug Hole（塞孔） 5.5.8Via Cap Plating(孔帽镀铜) 5.5.9Out Layer Pattern(外层线路) 5.5.10AOI(自动光学检测) 5.5.11Solder Mask（绿油） 5.5.12Ni/Au Plating（电镀镍金） 5.5.13Routing（成型） 5.5.14FIT（终检） 5.5.15Packaging ＆ Shipping（打包、发货） 第6章WB-PBGA封装工艺 6.1Wafer Grinding(晶圆研磨) 6.1.1Taping(贴膜) 6.1.2Back Grinding(背面研磨) 6.1.3Detaping(去膜) 6.2Wafer Sawing(晶圆切割) 6.2.1Wafer Mounting(晶圆贴片) 6.2.2Wafer Sawing(晶圆切割) 6.2.3UV Illumination(紫外光照射) 6.3Substrate Curing(基板预烘烤) 6.4Die Attach(芯片贴装) 6.5Epoxy Cure(银胶烘烤) 6.6Plasma Clean (电浆清洗Before WB) 6.7Wire Bonding(绑定) 6.8Plasma Clean (电浆清洗Before Molding) 6.9Molding(塑封) 6.10Post Mold Cure (塑封后烘烤) 6.11Marking(印字) 6.12Ball Mount(置球) 6.13Singulation(切单) 6.14Inspection(检测) 6.15Testing(测试) 6.16Packaging ＆ Shipping(包装出货) 第7章SiP封装设计 7.1SiP Design 流程 7.2Substrate Design Rule 7.3Assembly rule 7.4多Die导入及操作 7.4.1创建芯片 7.4.2创建原理图 7.4.3设置SiP环境，封装叠层 7.4.4导入原理图数据 7.4.5分配芯片层别及封装结构 7.4.6各芯片的具体位置放置 7.5Power/Gnd Ring 7.5.1创建Ring 7.5.2分割Ring 7.5.3分配Net 7.6Wirebond Create and edit 7.6.1创建线型 7.6.2添加金线与Finger 7.6.3创建Guide 7.7Design a Differential Pair 7.7.1创建差分对 7.7.2计算差分阻抗 7.7.3设置约束 7.7.4分配约束 7.7.5添加Bonding Wire 7.8Power Split 7.8.1创建整块的平面 7.8.2分割Shape 7.9Plating Bar 7.9.1引出电镀引线 7.9.2添加电镀总线 7.9.3Etch Back设置 7.10八层芯片叠层 7.11Gerber File Export 7.11.1建立钻孔文件 7.11.2输出光绘 7.12封装加工文件输出 7.13SiP加工流程及每步说明 第8章FC-PBGA封装设计 8.1FC-PBGA封装的相关基础知识 8.1.1FC-PBGA封装外形 8.1.2FC-PBGA封装截面图 8.1.3Wafer(晶圆) 8.1.4Die及Scribe Lines 8.1.5MPW(Multi Project Wafer)及Pilot 8.1.6Bump(芯片上的焊球) 8.1.7BGA Ball(BGA封装上的焊球) 8.1.8RDL(重新布线层) 8.1.9NSMD与SMD的定义 8.1.10Flip Chip到PCB链路的关键因素 8.2封装选型 8.3局部Co-Design设计 8.4软件商推荐的Co-Design流程 8.5实际工程设计中的Co-Design流程 8.6Flip Chip局部Co-Design实例 8.6.1材料设置 8.6.2Pad_Via定义 8.6.3Die输入文件介绍 8.7Die与BGA的生成处理 8.7.1Die的导入与生成 8.7.2BGA的生成及修改 8.7.3封装网络分配 8.7.4通过Excel表格进行的Net Assinment 8.7.5BGA中部分Pin网络整体右移四列的实例 8.7.6规则定义 8.7.7基板Layout 8.8光绘输出 第9章封装链路无源测试 9.1基板链路测试 9.2测量仪器 9.3测量实例 9.4没有SMA头的测试 第10章封装设计自开发辅助工具 10.1软件免责声明 10.2Excel表格PinMap转入APD 10.2.1程序说明 10.2.2软件操作 10.2.3问题与解决 10.3Excel Pinmap任意角度翻转及生成PINNET格式 10.3.1程序说明 10.3.2软件操作 10.3.3问题与解决 10.4把PINNET格式的文件转为Excel PinMap形式 10.4.1程序说明 10.4.2软件操作 10.4.3问题与解决