邁向新世紀(jì)的微電子封裝技術(shù)

付家翰

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，微電子封裝技術(shù)越來(lái)越普及，基于此，本文論述了微電子封裝技術(shù)的當(dāng)下發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)的發(fā)展趨向。在跨世紀(jì)的時(shí)代背景下，微電子封裝在IC的帶動(dòng)下，正在蓬勃發(fā)展之中，裸芯片以及FC正成為IC封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，目前各大產(chǎn)能也正在大力發(fā)展FC的工藝技術(shù)以及相關(guān)材料，并且，微電子封裝從二維向三維立體封裝發(fā)展，相信，在不久的將來(lái)，微電子封裝技術(shù)在各個(gè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用會(huì)變得越來(lái)越廣泛。

關(guān)鍵詞：新世紀(jì)；微電子；封裝技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN6；TG454 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）05-171-2

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，到1975年世界上第一只晶體管的誕生，特別是近年來(lái)封裝技術(shù)的發(fā)展，微電子封裝技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用越來(lái)越突出，甚至，微電子封裝技術(shù)越來(lái)越成為衡量國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在這樣的時(shí)代背景之下，對(duì)于微電子封裝技術(shù)的研究變得尤為重要。

1 微電子封裝技術(shù)的世紀(jì)回顧

微電子封裝技術(shù)有著悠久的歷史淵源，其起源、發(fā)展、革新都是伴隨著IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷變化的?？梢哉f(shuō)，有一種IC的出現(xiàn)，就會(huì)伴隨著一代微電子封裝技術(shù)的發(fā)展。最早的微電子封裝技術(shù)出現(xiàn)在60年代、70年代，這一時(shí)期是比較小規(guī)模的微電子封裝技術(shù)。隨后，在80時(shí)年代，出現(xiàn)了SMT，這一技術(shù)的發(fā)展極大的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)封裝技術(shù)的發(fā)展。基于微電子封裝技術(shù)的不斷革新，經(jīng)過(guò)微電子技術(shù)行業(yè)專業(yè)人員歷時(shí)多年的研究，開(kāi)發(fā)出了QFP、PQFP等，不但解決了較高I/O LSI的技術(shù)封裝問(wèn)題，而且與其他的技術(shù)合作，使得QFP、PQFP成為微電子封裝的主導(dǎo)型技術(shù)。近年來(lái)，微電子封裝技術(shù)又有了新的發(fā)展，新的微電子封裝技術(shù)，不僅僅具有傳統(tǒng)裸芯片的全部?jī)?yōu)良性能，而且這種新型的微電子封裝技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的微電子封裝技術(shù)的阻礙，使得IC 達(dá)到了“最終封裝”的境界，是微電子封裝領(lǐng)域的一大發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子封裝行業(yè)也在進(jìn)行著前所未有的變革，為了增加微電子產(chǎn)品的功能，達(dá)到提高電子產(chǎn)品的性能和可靠性以及降低成本的需求，現(xiàn)正在各類先進(jìn)封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向3D封裝技術(shù)發(fā)展，特別是近年來(lái)，微電子封裝領(lǐng)域的專家學(xué)者們，正在研究由原來(lái)的三層封裝模式向一層封裝的簡(jiǎn)潔模式過(guò)渡。在不久的將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，微電子封裝技術(shù)還將繼續(xù)在新的領(lǐng)域并借助高科技的助力向更加多元與開(kāi)闊的方向發(fā)展。

2 IC的進(jìn)展及對(duì)微電子封裝技術(shù)提出的新要求

隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于電子產(chǎn)品的技術(shù)要求更高，在目前的領(lǐng)域之中，無(wú)論是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，還是汽車行業(yè)及交通運(yùn)輸行業(yè)，以及關(guān)系到國(guó)家安全的軍事、航空航天行業(yè)，都對(duì)微電子封裝技術(shù)提出了更高水平的要求。特別是當(dāng)下PC機(jī)以及通訊信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于微電子封裝技術(shù)的要求越來(lái)越高。為了滿足這些關(guān)系國(guó)計(jì)民生的行業(yè)的要求，微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域的革新變得刻不容緩。因此，基于以上的時(shí)代背景，美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)于1997年制定并且發(fā)表了幫奧體技術(shù)未來(lái)發(fā)展的宏偉藍(lán)圖，為我們探索半導(dǎo)體行業(yè)指明了方向，鋪墊了新的里程。

微電子封裝技術(shù)的發(fā)展是伴隨著IC技術(shù)的發(fā)展而不斷革新的，這就要求在微電子封裝領(lǐng)域的技術(shù)革新時(shí)要考慮芯片的問(wèn)題，因?yàn)橐粔K芯片的質(zhì)量、體積、直接關(guān)乎微電子封裝技術(shù)的成敗。因此，對(duì)于芯片的特征尺寸問(wèn)題要格外留心，努力增加芯片的晶體管數(shù)以及集成度，保證芯片的性能達(dá)到最優(yōu)化。在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)微電子封裝技術(shù)的時(shí)候，要將芯片的開(kāi)發(fā)與微電子封裝技術(shù)的研究作為一個(gè)整體的有機(jī)系統(tǒng)去考量，只有這樣，我們才能在開(kāi)發(fā)芯片的過(guò)程中充分考慮到微電子封裝技術(shù)，又能夠在研究微電子封裝技術(shù)的同時(shí)，對(duì)于芯片的要求提出更加準(zhǔn)確細(xì)致的描述，從而能夠提升工作效率。同時(shí)，也要注重對(duì)于新的技術(shù)的應(yīng)用，比如現(xiàn)在較為流行的3D技術(shù)，就可以應(yīng)用于芯片的制作和微電子封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)之中，從而能夠更加靈活的安排各個(gè)零件的功能單元，優(yōu)化連線布局，使得芯片的性能更加優(yōu)良，使得微電子封裝技術(shù)的發(fā)展邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

3 微電子封裝技術(shù)幾個(gè)值得注意的發(fā)展方向

回顧微電子封裝技術(shù)的發(fā)展，我們可以看到微電子封裝技術(shù)在歷史的潮流之中隨著時(shí)代的發(fā)展不斷革新，并對(duì)當(dāng)下國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了越來(lái)越重要的影響。在裸芯片以及FC正成為IC封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向的當(dāng)下情景之中，大力發(fā)展FC的工藝技術(shù)以及相關(guān)的材料，促進(jìn)微電子封裝技術(shù)從二維向三維方向發(fā)展，是當(dāng)下微電子封裝技術(shù)應(yīng)該值得注意的發(fā)展方向。

3.1 裸芯片及FC正成為IC封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向

裸芯片以及FC在未來(lái)的十年內(nèi)將成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，微電子封裝技術(shù)在這種科技的助力之下，將從有封裝、少封裝向無(wú)封裝的方向發(fā)展。并且，在當(dāng)下的科技環(huán)境之中，利用SMT技術(shù)，可以將裸芯片以及FC直接復(fù)制到多層基板上，這樣不但芯片的基板面積小，而且制作成本也很小，對(duì)于微電子封裝技術(shù)來(lái)說(shuō)，在科技領(lǐng)域無(wú)疑是一大進(jìn)步。但是，在目前的科技領(lǐng)域之中，裸芯片以及FC仍然有很多的缺陷，比如FC裸芯片在很大的程度上還沒(méi)有解決測(cè)試以及老化篩選等問(wèn)題，在目前的科技方面，還難以解決一些技術(shù)上的疑難問(wèn)題，還難以達(dá)到真正KGD芯片的標(biāo)準(zhǔn)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，比如CSP芯片，不僅僅具有封裝芯片的一切優(yōu)點(diǎn)，而且又具有FC裸芯片的所有長(zhǎng)處，所以，CSP芯片可以較為全面的進(jìn)行優(yōu)化與篩選，能夠成為真正意義上的KGD芯片。

3.2 大力發(fā)展FC的工藝技術(shù)及相關(guān)材料

微電子封裝技術(shù)要想能夠在未來(lái)的科技發(fā)展領(lǐng)域之中占有一席之地，大力發(fā)展FC芯片的工藝技術(shù)變得刻不容緩。在當(dāng)下的科技領(lǐng)域之中，F(xiàn)C的工藝技術(shù)主要包括了芯片凸點(diǎn)的形成技術(shù)以及FCB互聯(lián)焊接技術(shù)和芯片下的填充技術(shù)等等。芯片凸點(diǎn)技術(shù)主要是在原有芯片的基礎(chǔ)上形成的，形成這一芯片的技術(shù)需要重新在焊接區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布局，形成一個(gè)又一個(gè)的凸點(diǎn)。其中，形成凸點(diǎn)的方法主要有物理和化學(xué)兩種。物理方法包括電鍍法、模板焊接法以及熱力注射焊接法，而化學(xué)的凸點(diǎn)形成法相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較單一，在當(dāng)下的微電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用還不是那么廣泛。FC互聯(lián)焊接法也是在當(dāng)下的微電子封裝領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的一種方法，具體的操作方法較為復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)，是將Au通過(guò)打球而形成的釘頭凸點(diǎn)涂抹到基層金屬焊接區(qū)域之中，這種金屬焊接區(qū)域之中，往往會(huì)涂油導(dǎo)電膠狀物，我們?cè)偻ㄟ^(guò)加熱的辦法對(duì)這些膠狀物進(jìn)行凝固處理，從未能夠使得這些凸點(diǎn)和基板金屬焊接區(qū)域能夠粘貼緊密，形成牢固的連接。這種方法制作成本比較低廉，在熟悉了制作流程之中，制作的過(guò)程也比較簡(jiǎn)單，因此，這一工藝在微電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。此外，芯片下填充技術(shù)作為微電子封裝產(chǎn)業(yè)的一大組成部分，在技術(shù)的研發(fā)層面也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

3.3 微電子封裝從二維向三維立體封裝發(fā)展

3D技術(shù)的發(fā)展與普及，帶給了微電子封裝技術(shù)以極大的革新，在3D技術(shù)的助力之中，微電子封裝技術(shù)從二維空間向三維空間邁進(jìn)，使得微電子封裝技術(shù)產(chǎn)品的密度更高、性能更加優(yōu)良，信號(hào)的傳輸更加方便快捷，可靠性更高，但是，微電子封裝技術(shù)從二維走向三維，卻使得微電子封裝技術(shù)的成本節(jié)省了不少。在當(dāng)下的微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域之中，實(shí)現(xiàn)3D微電子封裝的途徑大體上來(lái)說(shuō)，主要有以下幾種類型：埋置型3D結(jié)構(gòu)、源基板型3D結(jié)構(gòu)，疊裝型3D結(jié)構(gòu)。這三種3D微電子封裝技術(shù)在當(dāng)下的科技微電子封裝領(lǐng)域之中已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用并且作用于經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域之中，相信，在不久的將來(lái)，3D微電子封裝技術(shù)將成為封裝領(lǐng)域的一大趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

IC的發(fā)展促進(jìn)了微電子封裝技術(shù)的不斷革新，同時(shí)，微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新性研究也作用于IC產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)了它的變革與發(fā)展。相信，在不久的將來(lái)，微電子封裝技術(shù)在新的技術(shù)的推動(dòng)下，還會(huì)取得一系列的更加顯著的成績(jī)，但是如何將新型技術(shù)與微電子封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)完美融合，以及微電子封裝技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題如何解決，這一些都需要微電子封裝領(lǐng)域的專家和學(xué)者做出不懈的努力和艱苦卓絕的探索。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張澤霖.RoHS2.0指令對(duì)微電子封裝材料的要求及對(duì)策[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2016（11）.

[2] 孫道恒，高俊川，杜江，江毅文，陶巍，王凌云.微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)機(jī)械工程，2011（20）.