微電子制造和封裝技術發展研究

張丹

摘? ?要：隨著電子產品的高集成、小型化、高性能等發展趨勢，對微電子技術的需求越來越高。微電子技術作為信息社會的重要支柱性產業，正扮演者越來越重要的作用。集成電路制造和封裝技術作為微電子技術的發展核心，更是發展的關鍵。本文對微電子制造和封裝技術的發展歷程、技術現狀以及發展方向進行了簡要探討，只有繼續積極布局和推進微電子技術的發展，才能讓我國在信息社會中處于領先。

關鍵詞：微電子? 半導體制造? 封裝技術

中圖分類號：TN405? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0070-02

Abstract：It is quite important to microelectronics as electronic products are becoming more and more integrating， tiny and provided with higher performance. Microelectronics are playing more and more important role in progressing of society as core industry of information times. While manufacturing and packaging technology of IC is the key section of microelectronic， it is necessary to keep on promoting microelectronic technology to achieve the lead in information society. This article tells the progressing of manufacturing and packaging technology of microelectronics， including its actuality and future.

Key Words：Microelectronics;Semiconductor Manufacturing;Packaging Technology

微電子技術作為當今工業信息社會發展最快、最重要的技術之一，是電子信息產業的“心臟”。而微電子技術的重要標志，正是半導體集成電路技術的飛速進步和發展。多年來，隨著我國對微電子技術的重視和積極布局投入，結合社會良好的創新發展氛圍，我國的微電子技術得到了迅速的發展和進步。目前我國自主制造的集成芯片在射頻通信、雷達電子、數字多媒體處理器中已經得到了廣泛應用。但總體來看，我國的核心集成電路基礎元器件的研發水平、制造能力等還和發展較早的發達國家存在一定差距，唯有繼續積極布局，完善創新體系，才能逐漸與世界先進水平接軌。集成電路技術，主要包括電路設計、制造工藝、封裝檢測幾大技術體系，隨著集成電路產業的深入發展，制造和封裝技術已經成為微電子產業的重要支柱。本文將對微電子技術的制造和封裝技術的發展和應用進行簡要說明與研究。

1? 微電子制造技術

集成電路制造工藝主要可以分為材料工藝和半導體工藝。材料工藝包括各種圓片的制備，包括從單晶拉制到外延的多個工藝，傳統Si晶圓制造的主要工藝包括單晶拉制、切片、研磨拋光、外延生長等工序，而GaAs的全離子注入工藝所需要的是拋光好的單晶片（襯底片），不需要外延。半導體工藝總體可以概括為圖形制備、圖形轉移和擴散形成特征區等三大步。圖形制備是以光刻工藝為主，目前最具代表性的光刻工藝制程是28nm。圖形轉移是將光刻形成的圖形轉移到電路載體，如介質、半導體和金屬中，以實現集成電路的電氣功能。注入或擴散是通過引入外來雜質，在半導體某些區域實現有效摻雜，形成不同載流子類型或不同濃度分布的結構和功能。

從歷史進程來看，硅和鍺是最早被應用于集成電路制造的半導體材料。隨著半導體材料和微電子制造技術的發展，以GaAs為代表的第二代半導體材料逐漸被廣泛應用。直到現在第三代半導體材料GaN和SiC已經憑借其大功率、寬禁帶等特性在迅速占據市場。在這三代半導體材料的迭代發展中，其特征尺寸逐漸由毫米縮小到當前的14納米、7納米水平，而在當前微電子制造技術的持續發展中，材料和設備正在成為制造能力提升的決定性因素，包括光刻設備、掩模制造技術設備和光刻膠材料技術等。材料的研發能力、設備制造和應用能力的提升直接決定著當下和未來微電子制造水平的提升。

總之，推動微電子制造技術發展的動力來自于應用設計需求和其自身的發展需要。從長遠看，新材料的出現帶來的優越特性，是帶動微電子器件及其制造技術的提升的重要表現形式。較為典型的例子是GaN半導體材料及其器件的技術突破直接推動了藍光和白光LED的誕生，以及高頻大功率器件的迅速發展。作為微電子器件服務媒介，信息技術的發展需求依然是微電子制造技術發展的重要動力。信號的生成、存儲、傳輸和處理等在超高速、高頻、大容量等技術要求下飛速發展，也會持續推動微電子制造技術在加工技術、制造能力等方面相應提升。微電子制造技術發展的第二個主要表現形式是自身能力的提升，其主要來自于制造設備技術、應用能力的迅速發展和相應配套服務材料技術的同步提升。

2? 微電子封裝技術

微電子封裝的技術種類很多，按照封裝引腳結構不同可以分為通孔插裝式和表面安裝式。通常來說集成電路封裝技術的發展可以分為三個階段：第一階段，20世紀70年代，當時微電子封裝技術主要是以引腳插裝型封裝技術為主。第二階段，20世紀80年代，SMT技術逐漸走向成熟，表面安裝技術由于其可適應更短引腳節距和高密度電路的特點逐漸取代引腳直插技術。第三階段，20世紀90年代，隨著電子技術的不斷發展以及集成電路技術的不斷進步，對于微電子封裝技術的要求越來越高，促使出現了BGA、CSP、MCM等多種封裝技術。使引腳間距從過去的1.27mm、0.635mm到目前的0.5mm、0.4mm、0.3mm發展，封裝密度也越來越大，CSP的芯片尺寸與封裝尺寸之比已經小于1.2。

目前，元器件尺寸已日益逼近極限。由于受制于設備能力、PCB設計和加工能力等限制，元器件尺寸已經很難繼續縮小。但是在當今信息時代，依然在持續對電子設備提出更輕薄、高性能的需求。在此動力下，依然推動著微電子封裝繼續向MCM、SIP、SOC封裝繼續發展，實現IC封裝和板級電路組裝這兩個封裝層次的技術深度融合將是目前發展的重點方向。

芯片級互聯技術是電子封裝技術的核心和關鍵。無論是芯片裝連還是電子封裝技術都是在基板上進行操作，因此這些都能夠運用到互聯的微技術，微互聯技術是封裝技術的核心，現在的微互聯技術主要包含以下幾個：引線鍵合技術，是把半導體芯片與電子封裝的外部框架運用一定的手段連接起來的技術，工藝成熟，易于返工，依然是目前應用最廣泛的芯片互連技術;載體自動焊技術，載體自動焊技術可通過帶盤連續作業，用聚合物做成相應的引腳，將相應的晶片放入對應的鍵合區，最后通過熱電極把全部的引線有序地鍵合到位置，載體自動焊技術的主要優點是組裝密度高，可互連器件的引腳多，間距小，但設備投資大、生產線長、不易返工等特性限制了該技術的應用。倒裝芯片技術是把芯片直接倒置放在相應的基片上，焊區能夠放在芯片的任意地方，可大幅提高I/O數量，提高封裝密度。但凸點制作技術要求高、不能返工等問題也依然有待繼續研究，芯片倒裝技術是目前和未來最值得研究和應用的芯片互連技術。

總之，微電子封裝技術經歷了從通孔插裝式封裝、表面安裝式封裝、窄間距表面安裝焊球陣列封裝、芯片級封裝等發展階段。目前最廣泛使用的微電子封裝技術是表面安裝封裝和芯片尺寸封裝及其互連技術，隨著電子器件體積繼續縮小，I/O數量越來越多，引腳間距越來越密，安裝難度越來越大，同時，在此基礎上，以及高頻高密度電路廣泛應用于航天及其他軍用電子，需要適應的環境越來越苛刻，封裝技術的可靠性問題也被擺上了新的高度。

3? 結語

如果說集成電路設計是微電子產業的大腦，其制造與封測技術則是微電子產業的脊梁。隨著國家和社會各界對微電子集成電路產業的高度重視和積極布局，我國的集成電路制造和封裝技術日益強大的同時，為微電子行業的發展注入了強大內核和支撐，也體現著我國在科技強國的指引下高精尖產業蓬勃發展的不竭動力。總之，在科學技術是第一生產力的時代，微電子技術作為現代信息型社會的重要基礎和核心產業，必將占據時代的高點，而繼續堅定不移地推動微電子技術的發展和進步，是實現現代化的必由之路。因此，微電子技術在當下和未來對推動社會進步必將發揮不可替代的關鍵作用。

參考文獻

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