【文章內(nèi)容簡介】 初達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，形成批量生產(chǎn)。由于改性環(huán)氧樹脂材料的性能不斷提高，使封裝密度高，引線間距小，成本低，適于 大規(guī)模生產(chǎn)并適合用于 SMT，從而使塑料扁平引線封裝 (PQFP)迅速成為80 年代電子封裝的主導(dǎo)產(chǎn)品， I/O 也高達(dá) 208~240 個。 這個時期，荷蘭飛利浦公司還研發(fā)出了倆邊 引線的先外形封裝 (SOP,Small Outline Package)的系列產(chǎn)品。 20世紀(jì) 80年代至 90年代，隨著集成電路特征尺寸不斷減小以及集成度的不斷提高，芯片尺寸也不斷增大，集成電路發(fā)展到了超大規(guī)模集成電路 (VLSI， Very Large Scale Integration)階段，可以集成門電路高達(dá)數(shù)百萬以至數(shù)千萬只芯片，其 I/O 數(shù)也達(dá) 到數(shù)百個，并已超過 1000 個。這樣一來，原來四邊引出的 QFP 及其他類型的電子封裝 都無法實現(xiàn) ，盡管引線間距一再縮小 (例如 QFP 已縮小到 .03mm 的工藝技術(shù)極限 )也不能滿足VLSI 的要求。電子封裝引線由周邊型發(fā)展成面陣型，如針柵陣列封裝 (PGA)。然而，用PGA 封裝低 I/O 數(shù)的 LSI 尚有優(yōu)勢，而當(dāng)它封裝高 I/O 的 VLSI 就無能為力了。一是體積大又重 。二是制作工藝復(fù)雜而成本高 。三是不能使用 SMT 進(jìn)行表面貼裝，難以實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。綜合了 QFP 和 PGA 的優(yōu)點，新一代微電子封裝一球柵陣列封裝 (BGA)應(yīng)運而生。 典型的 BGA 以有機襯底 (BT)代替了傳統(tǒng)封裝內(nèi)的引線框架，且通過多層板布線技術(shù)實現(xiàn)焊點在器件下面的陣列平面分布，既減輕了引腳間距不斷下降在貼裝表面所遇到的阻力，同時又實現(xiàn)了封裝、組裝密度的大大增加，因而很快獲得了大面積的推廣，且在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用急劇增長。至此，多年來一直大大滯后芯片發(fā)展的微電子封裝，由于BGA 的開發(fā)成功而終于能夠適應(yīng)芯片發(fā)展的步伐。 20 世紀(jì) 90 年代美國開發(fā)了微型球柵陣列 (uBGA)，日本也開發(fā)了芯片尺寸封裝 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 37 頁 (CSP,Chip Scale Package)，這倆種封裝的實質(zhì)其實是一樣的，其封裝 面子 /芯片面子小于等于 ，于是 CSP 解決了芯片小而封裝大的根本矛盾，使得微電子封裝技術(shù)更快地發(fā)展。與此同時，倒裝芯片 (Flip Chip)技術(shù)也出現(xiàn)了。 BGA、 CSP、 Flip Chip 均為面陣列封裝結(jié)構(gòu)，可以沿用 SMT 生產(chǎn)技術(shù)，加上計算機的普及和個人移動產(chǎn)品的普及，使得市場與技術(shù)互動向前推進(jìn)，完成了繼 SMT 之后的又一次新的技術(shù)革命。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，電子封裝也進(jìn)入了超高速發(fā)展時期，新的封裝形式不斷涌現(xiàn)并獲得應(yīng)用，除倒裝焊接和芯片尺寸封裝以外，又出現(xiàn)了多種發(fā)展趨勢，封裝標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)嚴(yán)重滯后，甚至連封裝領(lǐng) 域名詞的統(tǒng)一都出現(xiàn)了困難，例如：多芯片封裝 (Multi Chip Package)； 三維 迭層封裝 (Stack Package)；單封裝系統(tǒng) SIP(System In a Package)； 多芯片模塊 MCM(Multi Chip Module)； 微機電系統(tǒng) MEMS(Micro Electronic Mechanical System)；以及將整個系統(tǒng) 集成與單芯片技術(shù) SOC(System On A Chip)等等。隨著封裝、組裝的發(fā)展，晶片級 (Wafer Level)、 芯片級 (Chip Level)、 組裝級 (Board Level)、系統(tǒng)級 (System Level)的界線已經(jīng)逐漸模糊。原來一些僅僅用于晶片級的技術(shù)已經(jīng)開始用于封裝和組裝。 以上就是各個不同時期所對應(yīng)集成電路及其各類不同的電子封裝形式，從以上所述中可以看出 ： 一代集成電路芯片必有此相適用的一代電子封裝形式。總之，由于集成電路在不斷發(fā)展，集成電路的封裝形式也不斷作出相應(yīng)的調(diào)整變化，而封裝形式的進(jìn)步又將反過來促進(jìn)集成電路技術(shù)的向前發(fā)展。 電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢 電子產(chǎn)品正朝著便攜式、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展，這種市場需求對電路組裝技術(shù)提出 了相應(yīng)的要求 ， 單位體積信息的提高 (高密度 )和單位時間處理速度的提高 (高速化 )成為促進(jìn)微電子封裝技術(shù)發(fā)展的重要因素。 就芯片水平來看 ， 二十一世紀(jì)的封裝技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢 ： (1)單芯片向多芯片發(fā)展 。 (2)平面封裝 (MCMS)向立體封裝 (三維封裝 )發(fā)展 。 (3)獨立芯片封裝向集成封裝發(fā)展 。 (4)SOC(system on a chip)和圓片規(guī)模集成 WSI(wafer scale integration)將是人們致力研究和應(yīng)用的方向。 — 小型化 、 高性能 隨著工業(yè)和消費類電子產(chǎn)品市場對電 子設(shè)備小型化、高性能、高可靠性、安全性和電磁兼容性的需求，對電子電路性能不斷地提出新的要求，片式元件進(jìn)一步向小型化、多層化、大容量化、耐高壓、集成化和高性能化方向發(fā)展 。 在鋁電解電容和鉭電解電容片式化后 ， 現(xiàn)在高 Q 值 、 耐高溫、低失真的高性能 MLCC 已投放市場 ； 介質(zhì)厚度為 10um的電容器已商品化，層數(shù)高達(dá) 100 層之多 ； 出現(xiàn)了片式多層壓敏和熱敏電阻，片式多層 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 37 頁 電感器，片式多層扼流線圈，片式多層變壓器和各種片式多層復(fù)合元件；目前最新出現(xiàn)的是 0603(長 ， 寬 )， 體積縮小為原來的 %。 集成化是片 式元件未來的另一個發(fā)展趨勢，它能減少組裝焊點數(shù)目和提高組裝密度，集成化的元件可使 Si 效率 (芯片面積 /基板面積 )達(dá)到 80%以上，并能有效地提高電路性能。由于不在電路板上安裝大量的分立元件，從而可極大地解決焊點失效引起的問題。 —— 追隨 IC 的發(fā)展而發(fā)展 BGA 的興起和發(fā)展盡管解決了 QFP 面臨的困難，但它仍然不能滿足電子產(chǎn)品向更加小型、更多功能、更高可靠性對電路組件的要求，也不能滿足硅集成技術(shù)發(fā)展對進(jìn)一步提高封裝效率和進(jìn)一步接近芯片本征傳輸速率的要求，所以更新的封裝 CSP(Chip Size Package)又出現(xiàn)了，它的英文含義是封裝尺寸與裸芯片相同或封裝尺寸比裸芯片稍大。日本電子工業(yè)協(xié)會對 CSP 規(guī)定是芯片面積與封裝尺寸面積之比大于 80%。 CSP 與 BGA結(jié)構(gòu)基本一樣，只是錫球直徑和球中心距縮小了、更薄了，這樣在相同封裝尺寸時可有更多的 I/O 數(shù)，使組裝密度進(jìn)一步提高，可以說 CSP 是縮小了的 BGA。 CSP 之所以受到極大關(guān)注，是由于它提供了比 BGA 更高的組裝密度，而比采用倒裝片的板極組裝密度低。但是它的組裝工藝卻不像倒裝片那么復(fù)雜 ， 沒有倒裝片的裸芯片處理問題，基本上與 SMT 的組裝工藝相一 致，并且可以像 SMT 那樣進(jìn)行預(yù)測和返工。正是由于這些無法比擬的優(yōu)點，才使 CSP 得以迅速發(fā)展并進(jìn)入實用化階段。目前日本有多家公司生產(chǎn) CSP， 而且正越來越多地應(yīng)用于移動電話 、 數(shù)碼錄像機 、 筆記本電腦等產(chǎn)品上。從 CSP 近幾年的發(fā)展趨勢來看， CSP 將取代 QFP 成為高 I/O 端子 IC 封裝的主流。 為了最終接近 IC 本征傳輸速度 ， 滿足更高密度 、 更高功能和高可靠性的電路組裝的要求，還必須發(fā)展裸芯片 (Bare chip)技術(shù)。 ： 新一代組裝技術(shù) 微組裝技術(shù)是在高密度多層互連基板上，采用微焊接和封裝工藝組裝 各種微型化片式元器件和半導(dǎo)體集成電路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三維立體機構(gòu)的高級微電子組件的技術(shù)。 多芯片組件 (MCM)就是當(dāng)前微組裝技術(shù)的代表產(chǎn)品。它將多個集成電路芯片和其他片式元器件組裝在一塊高密度多層互連基板上 ， 然后封裝在外殼內(nèi) ， 是電路組件功能實現(xiàn)系統(tǒng)級的基礎(chǔ)。 MCM 采用 DCA(裸芯片直接安裝技術(shù) )或 CSP，使電路圖形線寬達(dá)到幾微米到幾十微米的等級。在 MCM 的基礎(chǔ)上設(shè)計與外部電路連接的扁平引線，間距為，把幾塊 MCM 借助 SMT 組裝在普通的 PCB 上就實現(xiàn)了系統(tǒng)或系統(tǒng)的功能。 當(dāng)前 MCM 已發(fā)展到疊裝的三維電子封裝 (3D)，即在二維 X、 Y 平面電子封裝(2D)MCM 基礎(chǔ)上，向 Z 方向 ， 即空間發(fā)展的高密度電子封裝技術(shù)，實現(xiàn) 3D，不但使電 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 37 頁 子產(chǎn)品密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更快，性能更好，可靠性更好，而電子系統(tǒng)相對成本卻更低。 圖 11 為 三維電子封裝圖。 圖 11 三維封裝 (Source： Amkor and Intel Stacked SCP BGA) 對 MCM 發(fā)展影響最大的莫過于 IC 芯片。因為 MCM 高成品率要求各類 IC 芯片都是良好的芯片 (KGD)，而裸芯片無論是生 產(chǎn)廠家還是使用者都難以全面測試?yán)匣Y選，給組裝 MCM 帶來了不確定因素。 CSP 的出現(xiàn)解決了 KGD 問題， CSP 不但具有裸芯片的優(yōu)點，還可像普通芯片一樣進(jìn)行測試?yán)匣Y選，使 MCM 的成品率才有保證，大大促進(jìn)了 MCM 的發(fā)展和推廣應(yīng)用。 目前 MCM 已經(jīng)成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中，今后將用于工作站、個人計算機、醫(yī)用電子設(shè)備和汽車電子設(shè)備等領(lǐng)域。 系統(tǒng)封裝 (SPI:Systeminapaekage) 如圖 12 所示，它是將多個芯片和可能的無源元件集成在同一封裝內(nèi)，形成具有系統(tǒng)功能的模塊，因 而可以實現(xiàn)較高的性能密度、更高的集成度、更小的成本和更大的靈活性。 SPI 的出現(xiàn)使封裝在觀念上發(fā)生了革命性的變化，從原來的封裝元件概念演變成封裝系統(tǒng)。 SPI 的一種高檔模式是將介質(zhì)、導(dǎo)體、電容器、電阻器、光電子 (如波導(dǎo) )等集成在一起，封裝效率可提高約 80%。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 37 頁 圖 12 系統(tǒng)封裝 (source:Amkor and chipmos) (SOC： System on a Chip) 將整個系統(tǒng)的功能完全集成在同一個半導(dǎo)體芯片上。但目前由于知識產(chǎn)權(quán)、經(jīng)費和技術(shù)等方面的 困難， SOC 的發(fā)展受到了一定的阻礙。 在微電子封裝業(yè)高速發(fā)展的背景下 ， 現(xiàn)在以下幾點研究課題尤為引人注目 ： 無鉛焊接，導(dǎo)電膠 ， 底層填料 ， 高密度基板。 （ 1） 無鉛焊料 ： 由于 PbSn 共晶焊料中含有有害健康和環(huán)境的鉛元素 ， 因而焊料的無鉛化一直是電子工業(yè)廣泛關(guān)注的一個問題。雖然禁鉛幾經(jīng)起落，但隨著環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強及市場競爭的不斷加劇，無鉛焊接正離我們越來越近。 目前的無鉛焊料體系一般都比共晶錫鉛材料的熔點高。由于現(xiàn)在絕大多數(shù)器件為塑料封裝器件，焊接溫度的提高對器件的抵抗熱應(yīng)力和防潮性能必定提出更高的要求，同時焊接設(shè) 備也會產(chǎn)生一定影響。 （ 2） 導(dǎo)電膠 ： 導(dǎo)電膠焊接由于具有一系列的優(yōu)點如成本低廉、焊接溫度低、不含鉛 、 可以實現(xiàn)很小的引腳間距等，因而近二十年一直頗受關(guān)注，并且導(dǎo)電膠焊料在某些領(lǐng)域已獲得了很好的運用 。 雖然由于平面陣列式器件如 BGA， CSP 的出現(xiàn)在一定程度上緩解了間距不斷變小在時間上的應(yīng)力，但在未來，器件的引腳間距仍肯定繼續(xù)朝著不斷減小的方向發(fā)展，因而在未來，導(dǎo)電膠仍將是錫鉛焊接材料的一個強有力的競爭者。 （ 3） 底層填料 ： 底層填料原來僅僅用于較大芯片的倒裝焊接應(yīng)用，以增加焊點的熱疲勞壽命?，F(xiàn)在已經(jīng)被大量應(yīng)用于 CSP 器件中，用以增強焊點抵抗機械應(yīng)力、振動、沖擊等的能力。底層填料主要分為流動型和無流動型。無論是流動型還是無流動型的底層填料，一經(jīng)固化，器件一般無法返修，這一特性從某種程度上限制了底層填料在產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。近年來在可返修底層填料方面已經(jīng)取得了很好的進(jìn)展，現(xiàn)己經(jīng)開發(fā)出在化學(xué)可返修、熱學(xué)可返修、熱塑型底層填料等樣品。預(yù)期相應(yīng)產(chǎn)品在短期內(nèi)會逐步走向市場。 （ 4） 高密度基板技術(shù) ： 隨著電子系統(tǒng)不斷向高密度、高速度方向發(fā)展，現(xiàn)有基板 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 37 頁 制備技術(shù)己經(jīng)無法滿足技術(shù)要求，高密度基板技術(shù)應(yīng)運而生。高密度基板的典型要求如下 ： 線寬 /線距 ： 75/75 微米，焊盤尺寸 ： 150~200 微米，微通孔尺寸 ： 200 微米。傳統(tǒng)基板制備技術(shù)顯然無法達(dá)到這樣的要求。 目前高密度基板技術(shù)在數(shù)字?jǐn)z像機、通訊和計算機等領(lǐng)域己獲得了相當(dāng)程度的應(yīng)用，且應(yīng)用范圍正不斷擴大 。 與此同時為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的密度，將無源器件集成于基板制造過程中的技術(shù)也己經(jīng)步入研究開發(fā)階段 ， 在不久的將來有望在一定的范圍內(nèi)獲得應(yīng)用。 芯片技術(shù)的主要形式 裸芯片技術(shù)有兩種主要形式：一種是 COB 技術(shù)，另一種是倒裝片技術(shù) (Flip chip) 。 (1)COB 技術(shù) ： 用 COB 技術(shù)封裝的裸芯片是芯片主體和 I/