浅析未来微电子封装技术发展趋势

浅析未来微电子封装技术发展趋势

摘要:在电子封装技术中,微电子封装更是举足轻重,所以IC封装在国际上早已成为独立的封装测试产业,并与IC设计和IC制造共同构成IC产业的三大支柱。本文介绍了对微电子封装的要求,以及未来微电子封装的发展趋势,其中着重介绍了芯片直接安装(DCA)优越性。

关键词:微电子封装发展趋势DCA 三维封装

1 概述

如今,全球正迎来电子信息时代,这一时代的重要特征是以电脑为核心,以各类集成电路,特别是大规模、超大规模集成电路的飞速发展为物质基础,并由此推动、变革着整个人类社会,极大地改变着人们的生活和工作方式,成为体现一个国家国力强弱的重要标志之一。因为无论是电子计算机、现代信息产业、汽车电子及消费类电子产业,还是要求更高的航空、航天及军工产业等领域,都越来越要求电子产品具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、轻型化、便携化以及将大众化普及所要求的低成本等特点。满足这些要求的正式各类集成电路,特别是大规模、超大规模集成电路芯片。要将这些不同引脚数的集成电路芯片,特别是引脚数高达数百乃至数千个I/O的集成电路芯片封装成各种用途的电子产品,并使其发挥应有的功能,就要采用各种不同的封装形式,如DIP、SOP、QFP、BGA、CSP、MCM等。可以看出,微电子封装技术一直在不断地发展着。

现在,集成电路产业中的微电子封装测试已与集成电路设计和集成电路制造一起成为密不可分又相对独立的三大产业。而往往设计制造出的同一块集成电路芯片却采用各种不同的封装形式和结构。今后的微电子封装又将如何发展呢？根据集成电路的发展及电子整机和系统所要求的高性能、多功能、高频、高速化、小型化、薄型化、轻型化、便携化及低成本等,必然要求微电子封装提出如下要求。

(1)具有的I/O数更多;(2)具有更好的电性能和热性能;(3)更小、更轻、更薄,封装密度更高;(4)更便于安装、使用、返修;(5)可靠性更高;(6)性能价格比更高;

2 未来微电子技术发展趋势

具体来说,在已有先进封装如QFP、BGA、CSP和MCM等基础上,微电子封装将会出现如下几种趋势。

2.1 DCA(芯片直接安装技术)将成为未来微电子封装的主流形式

DCA是基板上芯片直接安装技术,其互联方法有WB、TAB和FCB技术三种,DCA与互联方法结合,就构成板上芯片技术(COB)。

当前,在DCA技术中,WB仍是主流,但其比重正逐渐下降,而FCB 技术正迅速上升。因为它具有以下优越性:

(1)DCA特别是FC(倒装芯片)是“封装”家族中最小的封装,实际上是近于无封装的芯片。

(2)传统的WB只能利用芯片周围的焊区,随着I/O数的增加,WB 引脚节距必然缩小,从而给工艺实施带来困难,不但影响产量,也影响WB质量及电性能。因此,高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的FC。

(3)通常的封装(如SOP、QFP)从芯片、WB、引线框架到基板,共有三个界面和一个互联层。而FC只有芯片一个基板一个界面和一个互联层,从而引起失效的焊点大为减少,所以FCB的组件可靠性更高。

(4)FC的“引脚”实际上就是凸点的高度,要比WB短得多,因此FC 的电感非常低,尤其适合在射频移动电话,特别是频率高达2GHz以上的无线通信产品中应用。

(5)由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”,并直接FCB到基板上,这就省去了粘片材料、焊丝、引线框架及包封材料,从而降低成本,所以FC最终将是成本最低的封装。

(6)FC及FCB后可以在芯片背面直接加装散热片,因此可以提高芯片的散热性能,从而FC很适合功率IC芯片应用。

通过以上对DCA及FCB优越性的分析,可以看出DCA特别是FCB技术将成为未来微电子封装的主流形式应是顺理成章的事。

2.2 三维(3D)封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径

三维封装技术是国际上近几年正在发展着的电子封装技术,它又称为立体微电子封装技术。3D已成为实现电子整机系统功能的有效途径。

各类SMD的日益微型化,引线的细线宽和窄间距化,实质上是为实现xy平面(2D)上微电子组装的高密度化;而3D则是在2D的基础上,进一步向z方向,即向空间发展的微电子组装高密度化。实现3D,不但使电子产品的组装密度更高,也使其功能更多,传输速度更高、相对功耗更低、性能更好,而可靠性也更高等。

与常规的微电子封装技术相比,3D可使电子产品的尺寸和重量缩小十倍。实现3D,可以大大提高IC芯片安装在基板上的Si效率(即芯片面积与所占基板面积之比)。对于2D多芯片组件情况,Si效率在20%—90%之间,而3D的多芯片组件的Si效率可达100%以上。由于3D的体密度很高,上、下各层间往往采取垂直互联,故总的引线长度要比2D大为缩短,因而使信号的传输延迟线也大为减小。况且,由于总的引线长度的缩短,与此相关的寄生电容和寄生电感也大为减小,能量损耗也相应减少,这都有利于信号的高速传输,并改善其高频性能。此外,实现3D,还有利于降低噪声,改善电子系统性能。还由于3D紧密坚固的连接,有利于可靠性的提高。

3D也有热密度较大、设计及工艺实施较复杂的不利因素,但随着

3D技术日益成熟,这些不利因素是可以克服的。

总之,微电子封装技术的发展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。

参考文献

[1]微电子封装技术[M].中国电子学会生产技术学分会丛书编委会,中国科学技术大学出版社.

[2]金玉丰.微系统封装技术概论[M].科学出版社,2006第1版.