微電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用前景探析

黃永堂

【摘要】：隨著電子產(chǎn)品小型化、高集成度的發(fā)展趨勢，電子產(chǎn)品的封裝技術(shù)正逐步邁入微電子封裝時代。本文對微電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，，作為微電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)主要有TCP、BGA、FCT、CSP、MCM和三維封裝等關(guān)鍵技術(shù)。同時，本文對微電子封裝技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述。

【關(guān)鍵詞】：微電子封裝； 關(guān)鍵技術(shù) ； 應(yīng)用前景

【引言】：近年來，各種各樣的電子產(chǎn)品已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。伴隨著電子科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得微電子工業(yè)發(fā)展迅猛，這很大程度上是得益于微電子封裝技術(shù)的高速發(fā)展。這樣必然要求微電子封裝要更好、更輕、更薄、封裝密度更高，更好的電性能和熱性能，更高的可靠性，更高的性能價格比，因此采用什么樣的封裝關(guān)鍵技術(shù)就顯得尤為重要。

1. 微電子封裝的概述

1.1微電子封裝的概念

微電子封裝是指利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出連線端子并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。在更廣的意義上講，是指將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子設(shè)備，并確定整個系統(tǒng)綜合性能的工程【1】。

1.2微電子封裝的目的

微電子封裝的目的在于保護(hù)芯片不受或少受外界環(huán)境的影響，并為之提供一個良好的工作條件，以使電路具有穩(wěn)定、正常的功能。

1.3微電子封裝的技術(shù)領(lǐng)域

微電子封裝技術(shù)涵蓋的技術(shù)面積廣，屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它涉及物理、化學(xué)、化工、材料、機(jī)械、電氣與自動化等各門學(xué)科，也使用金屬、陶瓷、玻璃、高分子等各種各樣的材料，因此微電子封裝是一門跨學(xué)科知識整合的科學(xué)，整合了產(chǎn)品的電氣特性、熱傳導(dǎo)特性、可靠性、材料與工藝技術(shù)的應(yīng)用以及成本價格等因素。

2 微電子封裝領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)

目前，在微電子封裝領(lǐng)域中，所能夠采用的工藝技術(shù)有多種。主要包括了柵陣列封裝（BGA）、倒裝芯片技術(shù)（FC）、芯片規(guī)模封裝（CSP）、系統(tǒng)級封裝（SIP）、三維（3D）封裝等（以下用簡稱代替）【2】。下面對這些微電子封裝關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一一介紹，具體如下：

2.1 柵陣列封裝

BGA是目前 微電子封裝的主流技術(shù)，應(yīng)用范圍大多以主板芯片組和CPU等大規(guī)模集成電路封裝為主。BGA的特點在于引線長度比較短，但是引線與引線之間的間距比較大，可有效避免精細(xì)間距器件中經(jīng)常會遇到的翹曲和共面度問題。相比其他封裝方式，BGA的優(yōu)勢在于引線見巨大，可容納更多I/0；可靠性高，焊點牢固，不會損傷引腳；有較好的點特性，頻率特性好；能與貼裝工藝和設(shè)備良好兼容等。

2.2 倒裝芯片關(guān)鍵技術(shù)

倒裝芯片技術(shù)，即：FCW。其工藝實現(xiàn)流程就是將電路基板芯片上的有源區(qū)采用相對的方式，將襯底和芯片通過芯片上的焊料凸點進(jìn)行連接，需要說明的是，這些凸點是呈陣列的方式排列。采用這種封裝的方式，其最大的特點就在于具有比較高的I/O密度。而其相對于其他微電子封裝技術(shù)的優(yōu)勢在于：第一，具備良好散熱性能；第二，外形尺寸減??；第三，壽命提升，可靠性良好；第四，具備較高密度的I/O；第五，裸芯片的具備可測試性。

2.3 芯片規(guī)模封裝

CSP是與BGA處于同一個時代的封裝技術(shù)。CSP在實際運用中，采用了許多BGA的形式。一般行業(yè)中在對二者進(jìn)行區(qū)分時，主要是以焊球節(jié)距作為參考標(biāo)準(zhǔn)。一般焊球節(jié)距作小于1mm便是CSP，而高于1mm便是BGA。相對于BGA，CSP具有很多突出的優(yōu)勢，如：具備優(yōu)良的電、熱性；具備高封裝密度；超小型封裝；易于焊接、更換和修正；容易測定和老化；操作簡便等。主要有適用于儲存器的少引腳CSP和適用于ASCI的多引腳CSP。

2.4三維（3D）封裝

三維封裝，即是向空間發(fā)展的微電子組裝的高密度化。它不但使用組裝密度更高，也使其功能更多、傳輸速度更高、功耗更低、性能及可靠性更好等。

2.5多芯片模式

多芯片模式（MCM），是指多個半導(dǎo)體裸芯片表面安裝在同一塊布線基板上。按基板材料不同，分為MCM-L、MCM-C、MCM-D三大類。

①MCM-L是指用通常玻璃、環(huán)氧樹脂制作多層印刷電路基板的模式。布線密度高而價格較低。

②MCM-C通過厚膜技術(shù)形成多層布線陶瓷，濱海高以此作為基板。布線密度比MCM-L高。

③MCM-D通過薄膜技術(shù)形成多層布線陶瓷或者直接采用Si、Al作為基板，布線密度最高，價格也高。

2.6系統(tǒng)級封裝

SIP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內(nèi)，從而實現(xiàn)一個基本完整的功能。與SOC（System On a Chip系統(tǒng)級芯片）相對應(yīng)。不同的是系統(tǒng)級封裝是采用不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式，而SOC則是高度集成的芯片產(chǎn)品。

3.微電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用前景

21世紀(jì)的微電子封裝概念已從傳統(tǒng)的面向器件轉(zhuǎn)為面向系統(tǒng)，即在封裝的信號傳遞、支持載體、熱傳導(dǎo)、芯片保護(hù)等傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，利用薄膜、厚膜工藝以及嵌入工藝將系統(tǒng)的信號傳輸電路及大部分有源、無源元件進(jìn)行集成，并與芯片的高密度封裝和元器件外貼工藝相結(jié)合，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的封裝集成，達(dá)到最高密度的封裝。

在近期內(nèi)，BGA技術(shù)將以其性能和價格的優(yōu)勢以最快增長速度作為封裝的主流技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展；CSP技術(shù)有著很好的前景，隨著其成本的逐步降低將廣泛用于快速存儲器、邏輯電路和ASIC等器件在各類產(chǎn)品中的封裝；在今后不斷的封裝中，F(xiàn)CT技術(shù)將作為一種基本的主流封裝技術(shù)滲透于各種不同的封裝形式中；隨著便攜式電子設(shè)備市場的迅速擴(kuò)大，適用于高速、高性能的MCM發(fā)展速度相當(dāng)驚人；三維封裝是發(fā)展前景最佳的封裝技術(shù)，隨著其工藝的進(jìn)一步成熟，它將成為應(yīng)用最廣泛的封裝技術(shù)【3】。

結(jié)束語

關(guān)鍵性封裝技術(shù)在推動更高性能、更低功耗、更低成本和更小形狀因子的產(chǎn)品上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在芯片-封裝協(xié)同設(shè)計以及為滿足各種可靠性要求而使用具成本效益的材料和工藝方面，還存在很多挑戰(zhàn)。為滿足當(dāng)前需求并使設(shè)備具備高產(chǎn)量大產(chǎn)能的能力，業(yè)界還需要在技術(shù)和制造方面進(jìn)行眾多的創(chuàng)新研究。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]羅艷碧.第四代微電子封裝技術(shù)-TVS技術(shù)及其發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（7）：3-4.

[2]關(guān)曉丹，梁萬雷.微電子封裝技術(shù)及發(fā)展趨勢綜述[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2013（1）：34-37.

[3]張力元.微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].云南科技管理，2012（4）：42-45