對新型微電子封裝技術(shù)發(fā)展的思考

【摘 要】隨著表面安裝技術(shù)的迅速發(fā)展，新的封裝技術(shù)不斷出現(xiàn)，微電子封裝技術(shù)成了現(xiàn)代封裝的熱門話題。本文敘述了微電子三級封裝的概念，并對發(fā)展我國新型微電子封裝技術(shù)提出了一些思考。

【關(guān)鍵詞】微電子；封裝；技術(shù)；思考

一、微電子三級封裝

談到微電子封裝，首先我們要敘述一下三級封裝的概念。一般說來，微電子封裝分為三級。所謂一級封裝就是在半導(dǎo)體圓片裂片以后，將一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片用適宜的封裝形式封裝起來，并使芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳用引線鍵合（WB）、載帶自動鍵合（TAB）和倒裝芯片鍵合（FCB）連接起來，使之成為有實(shí)用功能的電子元器件或組件。一級封裝包括單芯片組件（SCM）和多芯片組件（MCM）兩大類，也稱芯片級封裝。二級封裝就是將一級微電子封裝產(chǎn)品連同無源元件一同安裝到印制板或其它基板上，成為部件或整機(jī)，也稱板級封裝。三級封裝就是將二級封裝的產(chǎn)品通過選層、互連插座或柔性電路板與母板連結(jié)起來，形成三維立體封裝，構(gòu)成完整的整機(jī)系統(tǒng)，也稱系統(tǒng)級封裝。所謂微電子封裝是個(gè)整體的概念，包括了從一極封裝到三極封裝的全部技術(shù)內(nèi)容。在國際上，微電子封裝是一個(gè)很廣泛的概念，包含組裝和封裝的多項(xiàng)內(nèi)容。微電子封裝所包含的范圍應(yīng)包括單芯片封裝（SCM）設(shè)計(jì)和制造、多芯片封裝（MCM）設(shè)計(jì)和制造、芯片后封裝工藝、各種封裝基板設(shè)計(jì)和制造、芯片互連與組裝、封裝總體電性能、機(jī)械性能、熱性能和可靠性設(shè)計(jì)、封裝材料、封裝工模夾具以及綠色封裝等多項(xiàng)內(nèi)容。

二、微電子封裝技術(shù)的發(fā)展

（一）焊球陣列封裝（BGA）

BGA主要有四種基本類型：PBGA、CBGA、CCGA和TBGA，一般都是在封裝體的底部連接著作為I/O引出端的焊球陣列。這些封裝的焊球陣列典型的間距為1.0mm、1.27mm、1.5mm，焊球的鉛錫組份常見的主要有63Sn/37Pb和90Pb/10Sn兩種，焊球的直徑由于目前沒有這方面相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)而各個(gè)公司不盡相同。從BGA的組裝技術(shù)方面來看，BGA有著比QFP器件更優(yōu)越的特點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在BGA器件對于貼裝精度的要求不太嚴(yán)格，理論上講，在焊接回流過程中，即使焊球相對于焊盤的偏移量達(dá)50%之多，也會由于焊料的表面張力作用而使器件位置得以自動校正，這種情況經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明是相當(dāng)明顯的。其次，BGA不再存在類似QFP之類器件的引腳變形問題，而且BGA還具有相對QFP等器件較良好的共面性，其引出端間距與QFP相比要大得多，可以明顯減少因焊膏印刷缺陷導(dǎo)致焊點(diǎn)“橋接”的問題；另外，BGA還有良好的電性能和熱特性，以及較高的互聯(lián)密度。BGA的主要缺點(diǎn)在于焊點(diǎn)的檢測和返修都比較困難，對焊點(diǎn)的可靠性要求比較嚴(yán)格，使得BGA器件在很多領(lǐng)域的應(yīng)用中受到限制。

（二）芯片尺寸封裝（CSP）

CSP的定義是LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯面積的20%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(quán)威人士認(rèn)為焊球節(jié)距大于等于1mm的為BGA，小于1mm的為CSP。由于CSP具有更突出的優(yōu)點(diǎn)①近似芯片尺寸的超小型封裝②保護(hù)裸芯片③電、熱性優(yōu)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。由于CSP正在處于蓬勃發(fā)展階段，因此，它的種類有限多如剛性基板CSP柔性基板CSP、引線框架型CSP、微小模塑型CSP、焊區(qū)陣列CSP、微型BGA、凸點(diǎn)芯片載體（BCC）、QFN型CSP、芯片迭層型CSP和圓片級CSP（WLCSP）等.CSP的引腳節(jié)距一般在1.0mm以下，有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm和0.25mm等。

（三）系統(tǒng)封裝（SIP）

實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)的功能，通常有兩個(gè)途徑。一種是系統(tǒng)級芯片（SystemonChip），簡稱SOC。即在單一的芯片上實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)的功能；另一種是系統(tǒng)級封裝（Systeminpackage），簡稱SIP。即通過封裝來實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的功能。從學(xué)術(shù)上講，這是兩條技術(shù)路線，就象單片集成電路和混合集成電路一樣，各有各的優(yōu)勢，各有各的應(yīng)用市場。在技術(shù)上和應(yīng)用上都是相互補(bǔ)充的關(guān)系，作者認(rèn)為，SOC應(yīng)主要用于應(yīng)用周期較長的高性能產(chǎn)品，而SIP主要用于應(yīng)用周期較短的消費(fèi)類產(chǎn)品。

SIP是使用成熟的組裝和互連技術(shù)，把各種集成電路如CMOS電路、GaAs電路、SiGe電路或者光電子器件、MEMS器件以及各類無源元件如電容、電感等集成到一個(gè)封裝體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的功能。主要的優(yōu)點(diǎn)包括①采用現(xiàn)有商用元器件，制造成本較低②產(chǎn)品進(jìn)人市場的周期短③無論設(shè)計(jì)和工藝，有較大的靈活性④把不同類型的電路和元件集成在一起，相對容易實(shí)現(xiàn)。美國佐治亞理工學(xué)院PRC研究開發(fā)的單級集成模塊簡稱SLIM，就是SIP的典型代表，該項(xiàng)目完成后，在封裝效率、性能和可靠性方面提高10倍，尺寸和成本較大下降。到2010年預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)包括熱密度達(dá)到100W/cm2；元件密度達(dá)到5000/cm2；I/O密度達(dá)到3000/cm2.

盡管SIP還是一種新技術(shù)，目前尚不成熟，但仍然是一個(gè)有發(fā)展前景的技術(shù)，尤其在中國，可能是一個(gè)發(fā)展整機(jī)系統(tǒng)的捷徑。

三、思考

面對世界蓬勃發(fā)展的微電子封裝形勢，分析我國目前的現(xiàn)狀，我們必須深思一些問題。

（一）微電子封裝與電子產(chǎn)品密不可分，已經(jīng)成為制約電子產(chǎn)品乃至系統(tǒng)發(fā)展的核心技術(shù)，是電子行業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)之一，誰掌握了它，誰就將掌握電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的未來。

（二）微電子封裝必須與時(shí)俱進(jìn)才能發(fā)展。國際微電子封裝的歷史證明了這一點(diǎn)。我國微電子封裝如何與時(shí)俱進(jìn)當(dāng)務(wù)之急是研究我國微電子封裝的發(fā)展戰(zhàn)略，制訂發(fā)展規(guī)劃。二是優(yōu)化我國微電子封裝的科研生產(chǎn)體系。三是積極倡導(dǎo)和大力發(fā)展屬于我國自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)技術(shù)。

（三）高度重視微電子三級封裝的垂直集成。我們應(yīng)該以電子系統(tǒng)為龍頭，牽動一級、二級和三級封裝，方能占領(lǐng)市場，提高經(jīng)濟(jì)效益，不斷發(fā)展。我們曾倡議把手機(jī)和雷達(dá)作為技術(shù)平臺發(fā)展我國的微電子封裝，就是出于這種考慮。

（四）高度重視不同領(lǐng)域和技術(shù)的交叉及融合。不同材料的交叉和融合產(chǎn)生新的材料不同技術(shù)交叉和融合產(chǎn)生新的技術(shù)不同領(lǐng)域的交叉和融合產(chǎn)生新的領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)域已涉及電子電路、電子封裝、表面貼裝、電子裝聯(lián)、電子材料、電子專用設(shè)備、電子焊接和電子電鍍等。我們應(yīng)該充分發(fā)揮電子學(xué)會各分會的作用，積極組織這種技術(shù)交流。