微電子封裝技術的發展趨勢

【摘 要】本文論述了微電子封裝技術的發展歷程，發展現狀和發展趨勢，主要介紹了幾種重要的微電子封裝技術，包括:BGA 封裝技術、CSP封裝技術、SIP封裝技術、3D封裝技術、MCM封裝技術等。

【關鍵詞】微電子技術；封裝

1.微電子封裝的發展歷程

IC 封裝的引線和安裝類型有很多種，按封裝安裝到電路板上的方式可分為通孔插入式（TH）和表面安裝式（SM），或按引線在封裝上的具體排列分為成列、四邊引出或面陣排列。微電子封裝的發展歷程可分為三個階段：

第一階段：上世紀70 年代以插裝型封裝為主，70 年代末期發展起來的雙列直插封裝技術（DIP）。

第二階段：上世紀80 年代早期引入了表面安裝（SM）封裝。比較成熟的類型有模塑封裝的小外形（SO）和PLCC 型封裝、模壓陶瓷中的CERQUAD、層壓陶瓷中的無引線式載體（LLCC）和有引線片式載體（LDCC）。PLCC，CERQUAD，LLCC和LDCC都是四周排列類封裝， 其引線排列在封裝的所有四邊。

第三階段：上世紀90 年代， 隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，LSI，VLSI，ULSI相繼出現， 對集成電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數急劇增加， 功耗也隨之增大， 因此， 集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型發展，出現了球柵陣列封裝（BGA），并很快成為主流產品。

2.新型微電子封裝技術

2.1焊球陣列封裝（BGA）

陣列封裝（BGA）是世界上九十年代初發展起來的一種新型封裝。BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術的優點是：I/O引腳數雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少；寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。

這種BGA的突出的優點：①電性能更好：BGA用焊球代替引線，引出路徑短，減少了引腳延遲、電阻、電容和電感；②封裝密度更高；由于焊球是整個平面排列，因此對于同樣面積，引腳數更高。例如邊長為31mm的BGA，當焊球節距為1mm時有900只引腳，相比之下，邊長為32mm，引腳節距為0.5mm的QFP只有208只引腳；③BGA的節距為1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，與現有的表面安裝工藝和設備完全相容，安裝更可靠；④由于焊料熔化時的表面張力具有\"自對準\"效應，避免了傳統封裝引線變形的損失，大大提高了組裝成品率；⑤BGA引腳牢固，轉運方便；⑥焊球引出形式同樣適用于多芯片組件和系統封裝。因此，BGA得到爆炸性的發展。BGA因基板材料不同而有塑料焊球陣列封裝（PBGA），陶瓷焊球陣列封裝（CBGA），載帶焊球陣列封裝（TBGA），帶散熱器焊球陣列封裝（EBGA），金屬焊球陣列封裝（MBGA），還有倒裝芯片焊球陣列封裝（FCBGA）。PQFP可應用于表面安裝，這是它的主要優點。但是當PQFP的引線節距達到0.5mm時，它的組裝技術的復雜性將會增加。在引線數大于200條以上和封裝體尺寸超過28mm見方的應用中，BGA封裝取代PQFP是必然的。在以上幾類BGA封裝中，FCBGA最有希望成為發展最快的BGA封裝。FCBGA除了具有BGA的所有優點以外，還具有：①熱性能優良，芯片背面可安裝散熱器；②可靠性高，由于芯片下填料的作用，使FCBGA抗疲勞壽命大大增強；③可返修性強。

2.2 芯片尺寸封裝（CSP）

CSP（Chip Scale Package）封裝，是芯片級封裝的意思。CSP封裝最新一代的內存芯片封裝技術，其技術性能又有了新的提升。CSP封CSP封裝裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1:1.14，已經相當接近1:1的理想情況，絕對尺寸也僅有32平方毫米，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當于TSOP內存芯片面積的1/6。與BGA封裝相比，同等空間下CSP封裝可以將存儲容量提高三倍。

芯片尺寸封裝（CSP）和BGA是同一時代的產物，是整機小型化、便攜化的結果。美國JEDEC給CSP的定義是：LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積120%的封裝稱為CSP。由于許多CSP采用BGA的形式，所以最近兩年封裝界權威人士認為，焊球節距大于等于lmm的為BGA，小于lmm的為CSP。由于CSP具有更突出的優點：①近似芯片尺寸的超小型封裝；②保護裸芯片；③電、熱性優良；④封裝密度高；⑤便于測試和老化；⑥便于焊接、安裝和修整更換。

一般地CSP，都是將圓片切割成單個IC芯片后再實施后道封裝的，而WLCSP則不同，它的全部或大部分工藝步驟是在已完成前工序的硅圓片上完成的，最后將圓片直接切割成分離的獨立器件。CSP封裝內存芯片的中心引腳形式有效地縮短了信號的傳導距離，其衰減隨之減少，芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升。CSP技術是在電子產品的更新換代時提出來的，它的目的是在使用大芯片（芯片功能更多，性能更好，芯片更復雜）替代以前的小芯片時，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。

WLCSP所涉及的關鍵技術除了前工序所必須的金屬淀積技術、光刻技術、蝕刻技術等以外，還包括重新布線（RDL）技術和凸點制作技術。通常芯片上的引出端焊盤是排到在管芯周邊的方形鋁層，為了使WLP適應了SMT二級封裝較寬的焊盤節距，需將這些焊盤重新分布，使這些焊盤由芯片周邊排列改為芯片有源面上陣列排布，這就需要重新布線（RDL）技術。

3.微電子封裝技術的發展趨勢

微電子封裝技術是90年代以來在半導體集成電路技術、混合集成電路技術和表面組裝技術(SMT)的基礎上發展起來的新一代電子組裝技術。多芯片組件(MCM)就是當前微組裝技術的代表產品。它將多個集成電路芯片和其他片式元器件組裝在一塊高密度多層互連基板上，然后封裝在外殼內，是電路組件功能實現系統級的基礎。CSP的出現解決了KGD問題，CSP不但具有裸芯片的優點，還可象普通芯片一樣進行測試老化篩選，使MCM 的成品率才有保證，大大促進了MCM的發展和推廣應用。目前MCM已經成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中，今后將用于工作站、個人計算機、醫用電子設備和汽車電子設備等領域。

4.結束語

從以上介紹可以看出，微電子封裝，特別是BGA、CSP、SIP、3D、MCM 等先進封裝對SMT的影響是積極的，當前更有利于SMT的發展，將來也會隨著基板技術的提高，新工藝、新材料、新技術、新方法的不斷出現，促進SMT向更高水平發展。 [科]

【參考文獻】

［1］王衛平．電子產品制造技術[M]．北京：清華大學出版社，2005．

［2］陳軍君，傅岳鵬，田民波．微電子封裝材料的最新進展[J].半導體技術，2008，3(3)：85－189．

［3］吳懿平，丁漢．電子制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2005．

［4］（美）哈柏C A．電子組裝制造[M].賈松泉，蔡堅，王豫明，等譯.北京：科學出版社，2005．

［５］郭天琪，華垂.CSP封裝技術[J].電子與封裝，2003，7，3(4)：14-19.

［６］陸軍.3D封裝[J].集成電路通訊，2005，12，24(4):41-47.

［７］李秀清.高密度三維封裝技術[J].半導體情報，1998，12，35(6)：25-30.

［８］王阿明，王峰.SIP封裝工藝[J].電子與封裝，2009，2，9(2)：11-15.