微电子封装技术的发展趋势

微电子封装技术的发展趋势

陆逢

（中国矿业大学材料学院，221116）

【摘要】 :论述了微电子封装的发展历程，发展现状和发展趋势，主要介绍了几种重要的微电子封装技术（BGA封装技术.CSP封装技术。MCM封装技术.

3D封装技术.SIP封装技术等）。封装技术的进步满足了人们的需求，促进了电子产业的发展.

【关键词】：微电子技术；封装；BGA; MCM ；3D封装 ; SIP

0引言

电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展[9］,这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求，单位体积信息的提高和单位时间处理速度的提高成为促进微电子封装技术发展的重要因素。

封装承接承接集成电路的制作,是电子产品制造过程的重要环节，它保护芯片,并提供元器件之间的信号传递。人们对电子产品的要求逐步提高，因而对PCB的依赖性越来越大。PCB的制作逐步向高密度。多层化。细线路发展,电子产品也趋于轻.薄。密.小，推动了封装小型化[1］。

1 微电子封装的发展历程

集成电路封装的引线和安装类型有很多，按安装到电路板的方式可分通孔插入式和表面安装式，目前的电子封装主要采用表面贴装方式，通孔插入的方式已经很少使用，只用在在个别部件.集成电路封装的历史，其发展主要划分为三个阶段。

第一阶段，在二十世纪七十年代之前,以插装型封装为主。包括最初的金属圆形(TO型)封装，后来的陶瓷双列直插封装、陶瓷—玻璃双列直插封装和塑料双列直插封装（PDIP)。尤其是PDIP,由于性能优良、成本低廉又能批量生产而成为主流产品。

第二阶段，在二十世纪八十年代以后，以表面安装类型的四边引线封装为主。当时，表面安装技术被称作电子封装领域的一场革命，得到迅猛发展。与之相适应，一批适应表面安装技术的封装形式，如塑料有引线片式裁体、塑料四边引线扁平封装、塑料小外形封装以及无引线四边扁平封装等封装形式应运而生，迅速发展.由于密度高、引线节距小、成本低并适于表面安装，使PQFP 成为这一时期的主导产品。

第三阶段，在二十世纪九十年代以后，以面阵列封装形式为主。二十世纪九十年代初，集成电路发展到了超大规模阶段，要求集成电路封装向更高密度和更高速度发展[1]。

一般说来，微电子封装分为三级［14]。所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后，将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装形式封装起来，并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB）、载带自动键合(TAB）和倒装芯片键合（FCB）连接起来，使之成为有实用功能的电子元器件或组件.一级封装包括单芯片组件（SCM）和多芯片组件(MCM)两大类.应该说，一级封装包含了从圆片裂片到电路测试的整个工艺过程，即我们常说的后道封装，还要包含单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM）的设计和制作，以及各种封装材料如引线键合丝、引线框架、装片胶和环氧模塑料等内容。这一级也称芯片级封装。

二级封装就是将一级微电子封装产品连同无源元件一同安装到印制板或其它基板上，成为部件或整机.这一级所采用的安装技术包括通孔安装技术(THT）、表面安装技术（SMT）和芯片直接安装技术（DCA）。二级封装还应该包括双层、多层印制板、柔性电路板和各种基板的材料、设计和制作技术.这一级也称板级封装。

三级封装就是将二级封装的产品通过选层、互连插座或柔性电路板与母板连结起来，形成三维立体封装，构成完整的整机系统，这一级封装应包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术［3]。这一级也称系统级封装。所谓微电子封装是个整体的概念，包括了从一极封装到三极封装的全部技术内容。在国际上，微电子封装是一个很广泛的概念,包含组装和封装的多项内容。微电子封装所包含的范围应包括单芯片封装(SCP）设计和制造、多芯片封装(MCM）设计和制造、芯片后封装工艺、各种封装基板设计和制造、芯片互连与组装、封装总体电性能、机械性能、热性能和可靠性设计、封装材料、封装工模夹具以及绿色封装等多项内容[3].有人说，微电子封装就是封装外壳；又有人说微电子封装不过是无源元件，不可能是有源；还有人说，微电子封装不过是个包封体，可有可无，等等。这些看法都是片面的，不正确的。我们应该把现有的认识纳入国际微电子封装的轨道，这样既有利于我国微电子封装界与国外的技术交流，也有利于我国微电子封装自身的发展。

下面着重介绍几种重要的微电子封装技术.

1。1 BGA

BGA 芯片具有多引脚、信息处理量大、芯片尺寸小等特点［4].BGA 器件的封装结构按焊点形状分为两类：球形焊点和柱状焊点。球形焊点按封装材料分为陶瓷球栅阵列，载带球栅阵列，塑料球栅阵列。柱状焊点按封装形式又称为陶瓷柱栅阵列。目前主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多为陶瓷。采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下，内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小体积，更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下,体积只有TSOP封装的三分之一；与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速有效的散热途径.

BGA 封装技术是采用将圆型或者柱状焊点隐藏在封装体下面，其特点是引线间距大、引线长度短[16].在组装过程中，它的优点是消除了精细间距器件由于引线而引起的共平面度差和翘曲度的问题。缺点是由于BGA的多I/O 端位于封装体的下面，其焊接质量的好坏不能依靠可见焊点的形状等进行判断，运用市面上昂贵的专用检测设备，也不能对BGA 的焊接质量进行定量判定。因此，在BGA的组装过程中，由于焊点的不可见因素，其焊接质量很难控制。全面了解影响BGA 焊接技术的质量影响因素，在生产过程中有针对性的进行控制，能有效提高BGA 芯片的焊接质量，确保通信产品的可靠性和稳定性。

BGA封装，即焊球阵列封装,它是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的I／O端与印刷线路板(PCB)互接［4]。采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型器件。与传统的脚形贴装器件(LeadedDe～ce如QFP、PLCC等)相比，BGA封装器件具有如下特点:

I／O数较多.BGA封装器件的I／O数主要由封装体的尺寸和焊球节距决定。由于BGA封装的焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面,因而可极大地提高器件的I／O数，缩小封装体尺寸，节省组装的占位空间。