微電子封裝技術的發(fā)展趨勢研究

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我國微電子工業(yè)也迅速發(fā)展，對微電子封裝技術的研究也如火如荼。本文重點研究微電子封裝技術的發(fā)展，介紹了微電子封裝技術的發(fā)展歷程，以及當下較為廣泛應用的微電子封裝技術，對微電子發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)進行研究，提出微電子封裝技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：微電子封裝；封裝技術

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0052-02

Abstract：With the development of modern science and technology，Chinas microelectronics industry is developing rapidly，and the research of microelectronic packaging technology is also in rising. This paper focuses on the development of microelectronic packaging technology，introduces the development process of microelectronic packaging technology，and the more widely used microelectronic packaging technology，studies the challenges of microelectronic development，and puts forward the development trend of microelectronic packaging technology.

Keywords：microelectronics packaging；packaging technology

0 引 言

當下，微電子工業(yè)迅速發(fā)展，微電子產品已經涉及到我們生活中的方方面面，信息行業(yè)、通訊行業(yè)、能源行業(yè)等都離不開微電子技術，而在微電子技術中，微電子封裝技術是微電子技術中的核心。

1 封裝技術的發(fā)展過程

縱觀微電子封裝技術的發(fā)展，共經歷了三個階段。

第一階段時間在上世紀70年代后期，微電子封裝技術主要以插裝型為主。此項技術主要依靠雙列直插封裝技術（DIP），主要的應用方向為模塑料、層壓陶瓷封裝等等。此項技術具有操作方便、可靠性較高、封裝尺寸小等特點，但是所用的器件成本較高，尤其是印刷線路板PWB，這一問題也阻礙了插裝型封裝技術的發(fā)展。

第二階段時間在上世紀80年代，封裝技術引入了表面安裝焊接技術，SM封裝。為滿足更高密度的需求，出現(xiàn)了一種新的封裝系列，即封裝四邊都帶翼型引線的四邊引線扁平封裝。

第三階段的時間在上世紀90年代，伴隨著集成電路技術的迅速發(fā)展，LSI，VLSI，ULSI的出現(xiàn)和應用，IO引腳數(shù)迅速增加，對集成電路的封裝提出了新的要求。90年代后期，新的封裝技術在市場的推動下不斷研發(fā)，市場上相繼出現(xiàn)了體積更加小的芯片尺寸封裝（CSP），與此同時，多芯片組件得到了快速發(fā)展，封裝技術正在朝向體積小、功率低、密度高的方向發(fā)展。

近年來，我國的微電子封裝技術發(fā)展迅速，目前，有關封裝技術的研究所就已經達到33家，封裝技術的研究人員達到2000人，其中技術人員達到1000人，這些也推動了我國封裝技術朝向更好的方向發(fā)展。

2 微電子封裝技術種類

目前，占市場主流的新型微電子封裝技術，主要包括焊球陣列封裝（BGA）、芯片尺寸封裝（CSP）、原片級封裝（WLP）、三位封裝（3D）和系統(tǒng)封裝（SIP）等項技術。

2.1 焊球陣列封裝（BGA）

BGA是上世紀90年代開始發(fā)展的新型微電子封裝技術，此技術展現(xiàn)了以下幾點優(yōu)勢。一是電性能優(yōu)越，BGA采用的是焊球，摒棄了傳統(tǒng)的引線，引出路徑短，這樣可以減少延遲。二是封裝的密度更加高。焊球的方式是在整個平面進行排列，在面積同等的情況下，引腳數(shù)量會更加多。例如邊長為31mm的BGA，當焊球節(jié)距為1mm時有900只引腳。三是安裝可靠，安裝可靠主要體現(xiàn)在BGA的節(jié)距設置上，通常情況下，BGA的節(jié)距設置為1.4mm、1.37mm。

2.2 芯片尺寸封裝（CSP）

CSP的發(fā)展歷史和BGA相同，是同一個時期的產生技術，兩者在技術本質上區(qū)別不大，美國著名科學家指出，當焊球節(jié)間距在lmm以上可視為BGA，在lmm以下可視為CSP。CSP也有著自身突出的優(yōu)點：一是芯片的尺寸更加小，實現(xiàn)超小型封裝。二是電熱性能優(yōu)良，密度高，三是安裝便捷靈活，方便安裝與更換。隨著CSP技術的不斷成熟，CSP也出現(xiàn)了一系列種類。

2.3 3D封裝

3D封裝技術在種類上可以分為三大類。一是埋置型3D封裝，其結構是在基板的內部或者布線的夾層中埋置器件，在最上層再貼裝SMC和SMD，這種結構可以實現(xiàn)立體封裝。二是有源基板型3D封裝，就是在源基板上進行多層次的布線，然后在最上層貼裝SMC和SMD，這種結構也可以構成立體封裝。第三種是疊層型3D封裝，此項技術是在2D封裝技術的基礎上，將多個芯片、圓片等進行層疊銜接，在結構上形成立體封裝。這三種3D封裝，其發(fā)展最快、前景最好的是第三種封裝技術，此項技術可以應用在手機產品上，在增加手機功能的同時減少封裝厚度。

2.4 系統(tǒng)封裝（SIP）

從作用上分析，SIP封裝技術的使用，實現(xiàn)了電子整機系統(tǒng)。SIP采用單一的芯片封裝，其主要的特點體現(xiàn)在四個方面。一是制造成本相對較低，采用的器件為商用元器件。二是采用SIP封裝技術的產品，其市場周期比較短。三是SIP封裝技術靈活性較強，在技術上也比較容易實現(xiàn)。市場上典型的SIP產品為單級集成模塊，其封裝效率、可靠性等方面都比市場上其他產品要高。目前，SIP技術尚不完善，但是有著廣闊的市場前景。

3 微電子封裝的發(fā)展趨勢

微電子封裝技術在發(fā)展的過程中也面臨著一定的挑戰(zhàn)，例如，在一段時期內，封裝技術發(fā)展停滯，6～64根引線的扁平和雙列式封裝，基本上可以滿足所有集成電路的需要，封裝技術沒有新的發(fā)展。但是隨著新的市場需求的不斷變化，新的封裝材料也在不斷研發(fā)，微電子封裝技術還會有更好的發(fā)展。未來微電子封裝技術發(fā)展趨勢大體有以下幾個方面。

一是表面安裝形式的封裝技術仍然不會被淘汰。這種安裝封裝方式是將片式載體封裝，符合商場是整機系統(tǒng)的要求。目前電子產品正在朝向小型化發(fā)展，其重量也在變輕，這一特點就要求在組裝整機時要采用的器件為片式，讓器件平貼在焊料膏的印制線路板焊盤上，然后通過焊接的方式將其固定，這種方式縮小了電子產品的體積，也減輕了其重量，提高了產品性。

二是封裝技術將密度更高、體積更小、引線更多。雖然電子產品越來越小型化，但是市場上超大規(guī)模的集成電路仍然占據(jù)半壁江山，其面積可達到7mm×7mm，這給封裝技術帶來挑戰(zhàn)，引出端已經高達數(shù)百個之多，同時還要求低耗能、高速度。這些問題都是封裝技術急需要解決的，目前，很多研究者已經在研究開發(fā)高純度、低應力、高密度的封裝技術，以解決超大規(guī)模集成電路的封裝難題。若想要減少封裝時的體積，增加引線，最有效的辦法就是減少引線之間的距離。例如市場上一個40線的雙列式封裝其封裝面積要比68線大25%左右，其原因就在于引線距離。通常情況下，引線的間距為1.00mm，如果能夠將這個間距縮減為0.80mm，甚至是0.5mm，那么其封裝面積也會大大減小。但是不可否認，引線間距減少，也會出現(xiàn)新的技術問題，例如，間距減小就會給絕緣電阻和分布電容帶來壓力。未來，為了更好的發(fā)展，勢必要解決這一問題。

三是塑料封裝仍是微電子封裝主要使用的技術。塑料封裝有著明顯的優(yōu)勢，其技術成本低、方法簡單、功能顯著。據(jù)統(tǒng)計，在目前微電子封裝中，86%以上都是采用塑料封裝的方式。塑料封裝也有著明顯的缺點，主要表現(xiàn)在密封性差，屬于非氣密。這個缺點導致了其防潮性差，也容易受到離子的影響。同時熱穩(wěn)定性差，無法對電磁波進行屏蔽，容易受到干擾。這些問題也讓此技術的使用范圍受到局限性，一些高可靠性的微電子產品不易使用這種技術。針對這些不足，市場上對此項技術也有所改進，大大提高了其穩(wěn)定性，其市場前景依然很廣闊。

四是直接粘結樣式的封裝形式將會有更快發(fā)展，微電子封裝技術先是插入式，隨后發(fā)展成為表面安裝式。隨著市場的不斷變化，粘結式這種方式更能夠迎合人們的使用習慣，目前在市場上也占據(jù)了很大份額。有國際學者預測，直接粘結式封裝技術將從1990年的17%上升到2017年的32%。

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作者簡介：周泰（1997-），男，漢族，本科在讀。研究方向：微電子科學與工程。