5.电子元件封装技术发展

2. 高導熱率氮化鋁陶瓷材料 它是90年代才發展起來的一種新型高熱導率電子 封裝材料。其熱導率高﹑熱膨脹系數與硅相匹配﹑介 電常數低﹑高絕緣等優點﹐目前已經在微波功率器件 ﹑毫米波封裝﹑高溫電子封裝等領域獲得應用。
3.新型的AISIC金屬基復合材料
AISIC適用于高性能及高級熱處理的封裝設計。可 以減化尺寸處理﹐避免了繁雜的后加工處理。具有很 高的熱導率﹑與半導體芯片相匹配的熱膨脹系數以及 非常低的密度。
4. 系統級封裝(SIP)技朮 是在系統級芯片(SOC)的基礎上發展起來的一種新 技朮﹐系統級芯片指能在單片集成電路上實現系統功 能的電路芯片﹐該芯片加以封裝就形成一個系統級的 器件。是將多個半導體裸芯片和可能的無源元件構成 的高性能系統集成于一個封裝內﹐形成一個完整的功 能性器件。可以實現較高的性能密度﹑集成較大的無 源元件﹐最有效的使用芯片組合﹐縮短交貨周期。
2.2 第二階段
第二階段是80年代的表面安裝器件時代﹐表面安 裝器件時代 的代表是小外形封裝(SOP)和扁平封裝 (QFP).大大提高管腳數和組裝密度﹐是封裝技朮的一次 革命﹐引線間距為1.0,0.8,0.65,0.5,0.4mm﹐這一階段也 是金屬引線塑料封裝的黃金時代
2.3 第三階段
第三階段是90年代的焊球陣列封裝(BGA)/芯片尺 寸封裝(CSP)時代﹐BGA封裝加寬了引線節距并采用了 底部安裝引線方式﹐日本將BGA的概念用于CSP﹐開 發了引線節距更小的CSP封裝﹐進一步減少了產品的尺 寸和重量。
次微米技術(<<10-6m):VLSI, 微機電
奈米技術(<<10-6m) : 奈米元件, 微機電
二、封裝技朮發展的四個階段
2.1 第一階段 2.2 第二階段
2.3 第三階段
2.4 第四階段
2.1 第一階段
為80年代以前的通孔安裝(THD)時代﹐通孔安裝時 代以TO型封裝和雙列直插封裝為代表﹐IC的功能數不 高﹐引腳數較少(小于64)﹐這類封裝的引線間距固定﹐ 封裝可由人工用手插入PCB的通孔中
電子元器件封 裝技朮的發展
目 錄
一、電子元器件封裝發展的趨勢 二、封裝技朮發展的四個階段 三、電子元器件封裝技朮最新進展 四、未來的電子元器件封裝技朮
一、電子元器件封裝發展的趨勢
1.1 片式元件的发展 1.2 積成電路發展趨勢
1.1 片式元件的发展
在電子產品的各種元件當中，可以區分為兩類 主動元件（active component）能夠執行資料運算 、處理的元件，包括各式各樣IC。 被動元件（passive component）有些電子元件也有 電流訊號通過，不過，這件元件並不會對通過的電流 訊號進行任何運算，只是將其訊號強度放大或是單純 地讓電流訊號通過，最常見的就是電阻、電容等。
5〃纳米电子器件 纳米电子器件可采用GaAs材料制作，也可用Si〃 Ge器件。由于纳米材料的特殊性能，使得纳米电子器 件具有更优良的性能，如量子耦合的器件的研究使在 一块芯片上用0.1μm的工艺技术集成1兆个器件成为可 能，那时，在单片集成电路上就能实现极其复杂的系 统。因此，我们可以相信，纳米技术的应用将使微电 子器件产生突破性的进展。
2.4 第四階段
21世紀的3D疊層封裝時代﹐代表性的產品將是系 統級封裝(SIP: system in a package)﹐從原來的封裝元件 概念演變成封裝系統。它是將多個芯片和可能的無源 元件集成在同一封裝內﹐形成具有系統功能的模塊﹐ 從而可以實現較高的性能密度﹑更高的集成度﹑更低 的成本和更大的靈活性。
1.2 積成電路發展趨勢
(1) IC製程技術趨勢:互補性金氧半導體 (2) IC密度趨勢:記憶體增加率1.5/year
(3) IC晶片尺寸趨勢:晶片面積約每年以13%成長,微處理 器增加率1.35 /year
(4) IC效能趨勢:工作頻率迅速成長，但須有適當的傳輸 線。 (5) IC操作電壓趨勢:操作電壓5V 估可降至2.5V 1.5V (6) IC設計週期:從500000個/設計 3V or 3.5V預 30000個/設計
IC的尺寸與推展﹕ SSI:一顆IC含10個電晶體
MSI:指一顆IC含102個電晶體
LSI:指一顆IC含104個電晶體 VLSI:指一顆IC含106個電晶體 ULSI:指一顆IC含108個電晶體 GSI:指一顆IC含109個電晶體
以電子元件尺寸為例,材料製程技術演進 微米技術(~10-6m)ห้องสมุดไป่ตู้SSI, MSI, LSI
3.多芯片模塊(MCM) MCM是90年代興起的一種混合微電子組裝技朮﹐ 它是在高密度多層布線基板上﹐將若干裸芯片IC組裝 和互連﹐構成更復雜的或具有子系統功能的高級電子 組件。主要特點是布線密度高﹑互連線短、體積小﹑ 重量輕和性能高等。
4.CSP封裝 CSP封裝是BGA封裝進一步小型化﹑薄型化的結 果﹐它主要是指封裝面積不大于芯片尺寸1.2倍的封裝 ﹐其特點是尺寸小﹑成本低﹑功耗低等。它給高性能 ﹑低成本、微型化的高密度封裝帶來了希望。
CSP
3.3 零件的相關資訊
CSP 零件的相關資訊
日本各半導體廠CSP零件生產情形
s y t » ³ ¼ SHARP } Æ ¸ ¼ 28PIN 64PIN 120PIN 160PIN 62PIN 100PIN 144PIN 176PIN 40PIN 46PIN 150-200PIN 144PIN 196PIN 256PIN 40PIN 48PIN 152PIN PITCH 0.8mm 1.0mm 0.8mm 0.8mm 0.5mm 0.5mm 0.8mm 0.5mm 0.5mm 0.5mm 0.8mm LIS« ¦ ¥ ¸ ¤ ¤ ¬ ¡ ] Ë Ø o 6mm X 6mm 9mm X 15mm 12mm X 12mm 12mm X 12mm 9mm X 13mm 10mm X 10mm 12mm X 12mm 12mm X 12mm 10mm X 10.75mm 10mm X 12mm 12mm X 12mm 14mm X 14mm 11mm X 11mm 13mm X 13mm 15mm X 15mm 11.5mm X 6.6mm SRAM SRAM LOGICL LIS LOGICL LIS VISION MEMORY LIS LIS ASIC ASIC FLASH EEPROM FLASH EEPROM MICOM ASIC,GATE ARRAY ASIC,GATE ARRAY ASIC,GATE ARRAY DRAM ASIC
3.2 先進的電子元器件封裝
1.BGA封裝 BGA封裝技朮的出現是封裝技朮的一大突破﹐一 改傳統的封裝結構﹐將引線從封裝基板的底部以陣列 球的方式引出﹐這樣不僅可以安排更多的I/O﹐而且大 大提高了封裝密度﹐改進了電性能。
傳統封裝
BGA
2.倒裝片封裝(FLIIP CHIP) 倒裝片技朮是一種先進的﹑非常有前途的集成電 路封裝技朮﹐它分為封裝倒裝片(FCIP)和板上倒裝片 (FCOB)兩種。它是利用倒裝技朮將芯片直接裝入一個 封裝體內﹐倒裝片封裝可以是單芯片也可以是多芯片 形式。它的突出優點是體積小和重量輕.
三、電子元器件封裝技朮最新進展
3.1 封裝新材料 3.2 先進的電子元器件封裝 3.3 零件的相關資訊
電子元件封裝的最新進展主要體現在新材料和新 技朮兩個方面
3.1 封裝新材料
1.低溫共燒陶瓷材料(LTCC) LTCC是相對應與HTCC(高溫共燒陶瓷)的一類封裝 材料﹐其主要成份是由一些玻璃陶瓷組成﹐燒結溫度 低﹐可與賤金屬共燒﹐具有介電常數低﹑介電損耗小 ﹑可以無源集成等優點﹐尤其是優良的高頻性能。
NIHON
FUJITSU
TOSHIBA
HITACHI
0.8mm 0.8mm 0.8mm 1.0mm 0.75-0.8mm 0.5mm 11mm X 11mm
CSP 零件應用在產品上的情形
CSP 及 FLIP CHIP 零件的應用 1. 行動電話系統
2. 半導體製造
3. 筆記型電腦 4. 個人電腦系統 上述行業將率 先應用CSP及 FLIP CHIP零件及技術 於產品上,以達到產品短小輕薄方便攜帶的目的
各種 IC 零件外形體積的比較
四、未來的電子元器件封裝技朮
1. 圓片級封裝(WLP)技朮 圓片級封裝和圓片級芯片尺寸封裝(WLCSP)是同一概 念﹐表示的是此電路封裝完成后仍保持其圓片形式的封裝 ﹐其流行的主要原因是它可將封裝尺寸減至和IC芯片一樣 大小以及其加工的低成本。
2. 疊層封裝技朮
疊層封裝是指在一個芯腔/基板上將多個芯片豎直堆 疊起來﹐進行芯片與芯片或芯片與封裝之間的互連﹐大多 數的疊層封裝是兩個芯片相疊﹐但有一些廠家能生產更多 芯片疊加的產品。
1.
SMC――片式元件向小、薄型发展﹕
其尺寸从1206（3.2mm＊1.6mm）
向0805（2.0mm＊1.25mm）
－0603（1.6mm＊0.8mm） －0402（1.0mm＊0.5mm） －0201（0.6mm＊0.3mm） －01005(0.4mmx0.2mm)发展
電子零件尺寸動向
2.SMD――表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距 发展﹕
3〃SOC技朮 SOC称为芯片上系统(System On a Chip)又称为系 统单芯片，它的意义就是在单一芯片上具备一个完整 的系统运作所需的IC，这些主要IC包括处理器，输入/ 输出装置，将各功能组快速连接起来的逻辑线路、模 拟线路，以及该系统运作所需要的内存。这种将系统 级的功能模块集成在一块芯片上使集成度更高，器件 的端子数为300～400左右，是典型的硅园片级封装。
引脚中心距从1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及 0.3mm发展。
3. 出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（倒装芯片）
窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势 FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD 和长＊宽小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC组装在PCB上 的技术。