第一章 集成电路芯片封装概述

存储器类
封装最高引线 数
30～82
34～96
36～113
40～143
—
—
高性能ASIC类
1 600
2 007
2 518
3 158
6 234
8 758
焊球 芯片焊接盘节 距/um 锲焊 面列阵 引线价格 美分/引线 封装厚度 价格性能类 存储器类 日用品类
பைடு நூலகம்
50 45 200 1.90 1.90 1
47 42 200 1.71 1.54 0.8
• 第二层次（ Level 2 或 Second Level）：将数个第一 层次完成的封装与其他电子零件组成一个电路卡 （Card）的工艺。 • 第三层次（ Level 3 或Third Level ）：将数个 第二层次完成的封装组装成的电路卡组合与一主电 路板（ Board ）上使成为一个子系统（ Subsystem ） 的工艺。 • 第四层次（ Level 4 或Fourth Level ）：将数个 子系统组合成为一个完整电子产品的工艺过程。
将基板技术、芯片封装体、分立器件等 全部要素，按电子设备整机要求进行连接 和装配，实现电子的、物理的功能，使之 转变为适用于机械或系统的形式，成为整 机装置或设备的工程称为电子封装工程。 图1-1表示了封装前的芯片和封装几种不同 芯片的外观图。 本教材只对集成电路芯片的封装技术进 行研究和阐述。
图1.1集成电路芯片的显微照片
1.1.2电子封装的技术领域
电子封装技术涵盖的技术面极广，属于复杂 的系统工程。它应用了物理、化学、化工、材料、 机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、 陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此电 子封装是一门跨学科知识整合的科学，也是整合 产品电气特性，热传导特性，可靠度，材料与工 艺技术的应用以及成本价格等因素，以达到最佳 化目的的工程技术。 在微电子产品功能与层次提升的追求中， 开发封装技术的重要性不亚于集成电路芯片工艺 技术和其他相关工艺技术，世界各国的电子工业 都在全力研究开发，以期得到在该领域的技术领 先地位。
1.1.1概念
集成电路芯片封装（Packaging PKG）是指利 用膜技术及微细连接技术，将芯片及其它要素在 框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线 端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体 立体结构的工艺。此概念称为狭义的封装。 在更广的意义上讲的“封装”是指封装工程， 是将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统 或电子机械设备，并确保整个系统综合性能的工 程。上面两层封装的含义结合起来，构成了广义 的封装概念。
第一章 集成电路芯片封装概述
1.1 芯片封装技术 “封装”一词伴随着集成电路芯片制造技术产生而出现， 这一概念用于电子工程的历史并不久。早在真空电子管 时代，将电子管等器件安装在管座上构成电路设备的方 法称为“组装或装配”，当时还没有“封装”的概念
50多年前，当三级管问世和后来集成电路芯片的出现 后，才改写了电子工程的历史。一方面这些半导体元器 件细小柔弱；另一方面，其性能高，且多功能、多规格。 为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便实 现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等 方面的保护，以防止外力或环境因素导致的破坏。“封 装”的概念正是在此基础上出现的。
1.1.3电子封装实现的功能
电子封装实现的功能可以归纳为（见图1.2）：
1）传递电能
2）传递电路信号
3）提供散热途径
4）结构保护与支持
图1.2电子封装实现的功能
1.2封装技术
电子封装始于集成电路芯片制成之后，包括 集成电路芯片的粘结固定、电路连线、密封保护、 与电路板的接合、系统组合，到产品完成之间的 所有过程。 通常以下列四个不同的层次（Level）区分描 述这一过程（见图1.3）。 • 第一层次（ Level 或First Level ）：该层次又 称为芯片层次的封装（Chip Level Packaging）， 是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架（ lead frame ）之间的黏贴固定、电路连线与封装保护的 工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次 组装进行接合的模组（组件 Module）元件。
• 国内封装企业概述 （1）国内半导体产业的主干——封装业。 （2）国内封装测试厂的4股势力。 （3）举足轻重的前10大业者。
43 39 182 1.55 1.25 0.65
40 35 150 1.40 1.01 0.5
40 35 150 1.03 0.54 0.5
40 35 150 0.88 0.39 —
1.3.3 国内封装业的发展
• 现状 国内封装测试业快速增长成为新亮点。2003 年我国IC封装测试企业实现销售收入246亿元， 同比增长23.3%，占整个IC产业链销售收入的 70%，已成为IC产业快速发展中的新亮点，是IC 市场有力的推动者。产能上迅速提升满足了市场 的要求，如长电科技股份、南通富士通、四川安 森美、华润安盛、上海金朋、安靠、浙江华越等 公司都在产量销售收入利润上获得历史佳绩。
图1.3 电子封装技术的层次分类
1.3 微电子封装技术的历史和发展趋势
• 1.3.1 历史
1.3.2 发展趋势
0.90 0.81 0.73 0.66 0.49 0.42 0.40 0.36 0.33 0.29 0.22 ～ 功能 ～ 首批产品上市年份 特征尺寸/nm 位/片DRAM 集成度 MPU（新品） DRAM（新品）/位· cm2 密度 MPU（新品）晶体管数/个· cm2 DRAM（新品） 芯片尺寸/mm2 MPU（新品） 芯片互连线层数 高性能类 芯片最高I/O数 450 6～7 2 304 450 7 3 042 567 8 3 042 622 8～9 3 042 817 9～10 4 224 937 10 4 416 24M 400 49M 438 78M 480 142M 526 863M 691 2 130M 792 110M 0.27G 220M 0.49G 441M 0.89G 882M 1.63G 7 053M 9.94G 19 949M 24.5G 1999 180 1G 2001 130 2G 2003 130 4G 2005 100 8G 2011 50 64G 2014 35 —