微電子封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用

夏旭暉

（江蘇省信息中心，江蘇 南京 210013）

0 引言

在電子產(chǎn)品高性能、高集成以及小型化發(fā)展背景下，微電子技術(shù)應(yīng)用需求呈現(xiàn)出日益上升的趨勢(shì)。微電子技術(shù)逐漸發(fā)展為信息社會(huì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮的作用越來越大。而微電子技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志在于半導(dǎo)體集成電路飛速發(fā)展[1]。近年來，我國(guó)在微電子技術(shù)方面的重視度逐漸提升，而且積極布局投入，隨著社會(huì)創(chuàng)新氛圍的日益濃郁，微電子技術(shù)獲得迅速發(fā)展和進(jìn)步。就微電子發(fā)展水平進(jìn)行分析，IC芯片技術(shù)以及微電子封裝技術(shù)息息相關(guān)，聯(lián)系密切，兩者是相互促進(jìn)的關(guān)系，所以說，微電子封裝技術(shù)向著小型化轉(zhuǎn)變，促使其更好地滿足環(huán)保要求。

1 微電子封裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀(jì)以來，通信行業(yè)獲得快速發(fā)展，進(jìn)而促使微電子行業(yè)成為世界重要產(chǎn)業(yè)之一，并逐漸發(fā)展為我國(guó)重要支柱產(chǎn)業(yè)。目前，微電子被分離成三個(gè)獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，分別是設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)、制造產(chǎn)業(yè)以及封裝產(chǎn)業(yè)，這三個(gè)產(chǎn)業(yè)都是我國(guó)支柱性產(chǎn)業(yè)。在現(xiàn)代社會(huì)快速發(fā)展的背景下，微電子封裝技術(shù)成為IT行業(yè)關(guān)鍵性技術(shù)，也是微電子產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵性組成部分之一。從微電子封裝技術(shù)定義上進(jìn)行分析，主要是指將大量半導(dǎo)體電子元件進(jìn)行組裝，使其成為完整封裝體，且電源需要由外界提供。從某種程度上講，微電子封裝可以促使IC得到正常運(yùn)作，最大限度避免外界干擾，因此微電子封裝必須要在電子器件方面滿足用戶個(gè)性化設(shè)計(jì)需求，保證質(zhì)量等各方面指標(biāo)是合格的、可靠的[2]。

目前，微電子封裝技術(shù)具有非常多的種類，根據(jù)封裝方式進(jìn)行劃分，可以分為通孔入式以及表面安裝式。將微電子封裝技術(shù)按照發(fā)展階段進(jìn)行劃分，可以分成以下三個(gè)階段：第一是20世紀(jì)70年代，微電子封裝技術(shù)屬于傳統(tǒng)形式的插裝型封裝，發(fā)展到20世紀(jì)70年代后期時(shí)，逐漸以雙列直插封裝為主，且該類型封裝技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，例如模壓陶瓷等。第二是20世紀(jì)80年代，常見的微電子封裝技術(shù)為表面安裝技術(shù)，該時(shí)期的封裝技術(shù)發(fā)展得比較成熟了，然而因表面封裝技術(shù)引線排列方面存在一定缺陷，若要使表面全部引線維持共面狀態(tài)的難度非常大[3]。為了緩解這一困難，就發(fā)展處一種新的技術(shù)，那就是引線扁平封裝技術(shù)。該技術(shù)與插裝型封裝技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，鮮明的特點(diǎn)就在于封裝大小與操作難度都大大減小。第三是20世紀(jì)90年代，在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的背景下，電子技術(shù)得到迅速發(fā)展，且集成電路技術(shù)發(fā)展水平也在日益提升，大量新技術(shù)頻繁出現(xiàn)，從而使其對(duì)現(xiàn)存微電子封裝技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的要求，四邊引線封裝發(fā)展為平面型封裝，并且成為現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用最為廣泛的封裝技術(shù)。發(fā)展到20世紀(jì)90年代后期時(shí)，封裝技術(shù)積極革新，使現(xiàn)在微電子封裝技術(shù)向著小型化與低功耗的方向邁進(jìn)。

2 微電子封裝技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

當(dāng)一塊IC制造完成后，就包含著所有設(shè)計(jì)功能的有效發(fā)揮，而且具有非常強(qiáng)的可靠性。從某種程度上講，芯片“封裝”環(huán)節(jié)的存在本來是意義不大的，究其原因在于封裝不會(huì)添加價(jià)值，反之，不適宜的電子封裝還會(huì)導(dǎo)致功能下降。很早之前，系統(tǒng)開發(fā)者已經(jīng)嘗試擺脫封裝，直接將IL設(shè)置安裝于電路基板上。從實(shí)踐上來看，IBM公司的凸點(diǎn)倒裝芯片以及AT&T公司的梁式引線都進(jìn)行了實(shí)踐，之后Delco Electronics Lucent公司將芯片焊接到陶瓷基板上。然而，在實(shí)際操作過程中，不需要封裝的IC會(huì)受到多種因素的影響，往往難以實(shí)現(xiàn)。其實(shí)，使用封裝的IC也存在一些好處，比如，可以對(duì)脆弱敏感芯片進(jìn)行保護(hù)，還方便傳送、返修以及測(cè)試等，有助于實(shí)現(xiàn)引腳的標(biāo)準(zhǔn)化，讓裝配工作更加科學(xué)化，還能夠改善IC熱失配等[5]。綜上所述，各類微電子IC芯片還是需要封裝的，促使微電子封裝技術(shù)快速發(fā)展。

在微電子技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，芯片特征以及尺寸日益縮小，一塊芯片可以集成六七千萬甚至是更多電路，增強(qiáng)了集成電路功能，與此同時(shí)，整機(jī)以及系統(tǒng)都呈現(xiàn)出小型化、高可靠性、高性能以及高密度的趨勢(shì)，價(jià)格比競(jìng)爭(zhēng)日益強(qiáng)烈，IC品種不斷擴(kuò)展，上述因素都促使微電子封裝快速向前發(fā)展，不同類型的封裝結(jié)構(gòu)層出不窮。從某種程度上講，微電子封裝技術(shù)水平提升，又反作用于IC以及電子器件發(fā)展。電子系統(tǒng)小型化以及高性能化發(fā)展趨勢(shì)，促使電子封裝的價(jià)值提升，甚至可以與芯片價(jià)值相提并論了。比如，同樣功能電子系統(tǒng)不僅能夠采用單芯片封裝方式進(jìn)行組裝，而且還能夠采用MCM封裝技術(shù)組裝。兩者進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，后者的封裝技術(shù)密度更高，且性能更好，與等效單芯片封裝比較的體積能夠減小80%～90%之間，芯片延遲也會(huì)減小75%。從中可以分析出，電子封裝在電子整機(jī)系統(tǒng)發(fā)展中意義重大。微電子封裝會(huì)直接影響IC電性能以及熱性能等的發(fā)揮，還會(huì)間接影響其可靠性以及成本，在電子整機(jī)系統(tǒng)可靠性發(fā)展與小型化發(fā)展中發(fā)揮著決定性作用。與此同時(shí)，隨著大量新型IC運(yùn)用高I／O引腳數(shù)封裝，其成本在總成本中的比重逐漸上升，而且還會(huì)更高。現(xiàn)階段，國(guó)際上已經(jīng)把電子封裝作為獨(dú)立產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其重要性與IC設(shè)計(jì)、制造以及測(cè)試并列，這四大支柱產(chǎn)業(yè)相互獨(dú)立，但是又密不可分，對(duì)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都關(guān)系重大。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，在50年前的時(shí)候，每個(gè)家庭僅僅有5只有源器件，然而發(fā)展到今天已經(jīng)有10億只晶體管了。換言之，電子封裝與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)，重要性是不言而喻的。此外，微電子封裝技術(shù)所涉及的范圍日益擴(kuò)大，被應(yīng)用到了各類材料以及電子等多種學(xué)科，并受到人們的高度重視，是與IC芯片技術(shù)同步發(fā)展的重要高新產(chǎn)業(yè)之一。

3 微電子封裝技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 表面封裝技術(shù)

從專業(yè)化角度出發(fā)，微電子封裝技術(shù)采用的常用技術(shù)為釬焊技術(shù)，工作原理在于將表面電子元件有效釬焊到焊盤上，從而確保原件以及焊盤之間存在非常可靠的電路功能。就微電子封裝技術(shù)釬焊特征上進(jìn)行分析，主要包括：（1）針對(duì)表面組裝技術(shù)中的軟釬焊技術(shù)而言，釬焊中含有的釬劑可以有效去除金屬表面雜質(zhì)，讓芯片表面更加的干凈，使其敏感性更高，還能夠提升芯片的實(shí)際使用壽命，可以說在其中發(fā)揮著相應(yīng)的潤(rùn)滑作用。（2）釬焊金屬以及釬料之間可以形成相應(yīng)的金屬物質(zhì)，促使封裝過程向著便捷化方向發(fā)展。

3.2 芯片級(jí)互聯(lián)技術(shù)

從某種程度上講，芯片級(jí)互聯(lián)技術(shù)屬于電子封裝技術(shù)的重要基礎(chǔ)，在電子封裝中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，不管是芯片裝連還是電子封裝，往往都是需要在基板上操作的，所以說都需要運(yùn)用到互聯(lián)技術(shù)，從而使微互聯(lián)發(fā)展為封裝技術(shù)核心。從目前微互聯(lián)技術(shù)包含內(nèi)容上進(jìn)行分析，包含：（1）引線鍵合技術(shù)，其主要內(nèi)容在于將半導(dǎo)體芯片以及電子封裝外部借助一定手段進(jìn)行連接。與此同時(shí)，載體自動(dòng)焊技術(shù)屬于較高水準(zhǔn)的技術(shù)，作為互聯(lián)技術(shù)之一，技術(shù)內(nèi)容在于根據(jù)導(dǎo)體圖樣完成高聚物引腳工作。（2）將相應(yīng)晶片有效放入到所對(duì)應(yīng)的鍵合區(qū)，然后借助熱電極實(shí)現(xiàn)全部引線有序鍵合，直到鍵合到目前位置為止。實(shí)際上，載體自動(dòng)焊技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)展還是比較成熟的，優(yōu)點(diǎn)在于制作成本相對(duì)較低，且操作過程比較簡(jiǎn)單。（3）倒裝芯片技術(shù)屬于微電子封裝的主要技術(shù)，特點(diǎn)在于將芯片直接倒置于相應(yīng)基片上，優(yōu)點(diǎn)在于焊區(qū)可以放置到芯片任意地方，從而大大提升了芯片利用率，發(fā)展著非常關(guān)鍵的作用，應(yīng)用意義重大。

4 微電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

從IC發(fā)展趨勢(shì)上進(jìn)行分析，隨著電子整機(jī)以及系統(tǒng)多功能化以及高性能化的發(fā)展，微電子封裝技術(shù)也會(huì)向著多功能以及低成本等方向發(fā)展，而且微電子封裝技術(shù)還會(huì)更加小型化，使用更加的便捷，從根本上提升微電子封裝的性價(jià)比。總體而言，微電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）微電子封裝將會(huì)具備更多I／0引腳數(shù)。（2）微電子封裝將會(huì)具有更高電性能以及熱性能。（3）微電子封裝將會(huì)向著更輕、更薄以及更小發(fā)展。（4）微電子封裝安裝、使用及返修將會(huì)更加便捷。（5）微電子封裝將會(huì)具有更高的可靠性。（6）微電子封裝將會(huì)具有更高的性能價(jià)格比，成本也會(huì)更低，做到物美價(jià)廉。

5 結(jié)語

總而言之，如果說將集成電路設(shè)計(jì)作為微電子產(chǎn)業(yè)大腦，則封裝技術(shù)就屬于微電子產(chǎn)業(yè)的重要脊梁。現(xiàn)階段，國(guó)家與社會(huì)各界都高度重視微電子集成電路發(fā)展，并積極布局，促使封裝技術(shù)日益強(qiáng)大，并為微電子行業(yè)注入新的發(fā)展力量，是我國(guó)科技強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，有助于積極引進(jìn)高精尖產(chǎn)業(yè)人才，促使微電子行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，微電子技術(shù)屬于信息型社會(huì)的核心產(chǎn)業(yè)，未來會(huì)占據(jù)時(shí)代高點(diǎn)。因此，須要重視微電子技術(shù)發(fā)展，促使微電子封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新，使其成為推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的不可替代的重要力量。