【正文】 立器件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍是以日 本企業(yè)為代表的國(guó)外廠商具有優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)廠商正迎頭趕上，其中半導(dǎo)體封裝業(yè)唯一的上市企業(yè) ——長(zhǎng)電科技更成為首次進(jìn)入市場(chǎng)前十五大供應(yīng)商的國(guó)內(nèi)企業(yè)。另外，如中外合資企業(yè)南通富士通公司、無(wú)錫華潤(rùn)、安盛公司、天水華天公司、三星電子（蘇州）公司、瑞薩蘇州公司等都有長(zhǎng)足發(fā)展。 （ 1）國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主干 ——封裝業(yè)。不過(guò)，因?yàn)榫A制造及 IC 設(shè)計(jì)兩者產(chǎn)值在近幾年急速增加，造成封測(cè)產(chǎn)值比重逐漸下降，由 2020 年的%下滑到 2020 年的 %， 2020 年還再下滑 個(gè)百分點(diǎn)，但 3～ 5 年內(nèi)，封測(cè)業(yè)應(yīng)該還可以坐穩(wěn)第一名的位置。 1995 年前 ，國(guó)內(nèi)的封裝測(cè)試絕大部分是依附本土組件制造商（ IDM），如上海先進(jìn)、貝嶺、無(wú)錫華晶及首鋼 NEC 等，及部分由合資方式或其他方式合作的外商，如深圳賽意法微電子、現(xiàn)代電子（現(xiàn)已被金朋并購(gòu)），但投資范圍主要以 PDIP、 PQFP 和 TSOP 為主。 2020 年后，中芯、宏力、和艦及臺(tái)積電等晶圓代工廠陸續(xù)成立，新產(chǎn)能的開(kāi)出和相續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，對(duì)于后段封裝產(chǎn)能的需求更為迫切，使得專業(yè)封測(cè)廠為爭(zhēng)奪訂單，也跟著陸續(xù)進(jìn)駐到晶圓廠周?chē)?，如威宇科技、華虹 NEC 提供 BGA/CSP 及其他高階的封裝服務(wù)、中芯與金朋建立互不排除聯(lián)盟（ NonExclusive Alliance）。根據(jù) iSuppli 的研究， 2020 年國(guó)內(nèi) IC 市場(chǎng)規(guī)模約為 502 億顆，預(yù)估 2020 年時(shí)將 會(huì)達(dá)到 1 295 億顆，年增長(zhǎng)率為 %，至于封裝技術(shù)，較低階的 DIP 將由 2020 年的 65%，下滑到 2020 年的 44%，中高階的SOP、 SOT、 PLCC、 SOP、 YSOP、 QFP 則由 2020 年的 13%，向上攀升到 2020 年的 27%。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)具有規(guī)模的封測(cè)廠約有 58 家，而這些封測(cè)廠可以分為 4 大類，第一類就是國(guó)際大廠整合組件制造商的封測(cè)廠，第二類是國(guó)際大廠整合組件制造商與本土業(yè)者合資的封測(cè)廠，第三類臺(tái)資封測(cè)廠，最后的第四類就是國(guó)內(nèi)本土的封測(cè)廠。第二類封測(cè)廠是在國(guó)內(nèi)完全開(kāi)放前，為了要先行卡位而與中國(guó)國(guó)內(nèi)本土廠商合資的封測(cè)廠，一共有 11 家，包括先前所提高的深圳賽意法微電子、阿法泰克（現(xiàn)以改名為上海紀(jì)元微科微電子），以及新康電子、日立半導(dǎo)體（ Hitachi）、英飛凌 （ Infineon） 、松下半導(dǎo)體（ Matsushita）、硅格電子、南通富士通微電子、三菱四通電子、樂(lè)山菲尼克斯半導(dǎo)體及寧波銘欣電子，這些業(yè)者的資金主要是來(lái)自于中國(guó)臺(tái)灣、日本，地點(diǎn)則較為分 散，但仍以江蘇、深圳等地為主。營(yíng)運(yùn)規(guī)模由于受到臺(tái)灣島內(nèi)當(dāng)局法規(guī)限制，相對(duì)于臺(tái)灣母公司的規(guī)模還有一段差距。 （ 3）舉足輕重的前 10 大業(yè)者。 10 大廠商中，有 4 家是純封裝 測(cè)試廠，有 3 家是整合組件制造商，剩下的 3 家則為合資廠商，以下將概述這些廠商近況。第二名的則是位于北京市上地信息產(chǎn)業(yè)基地的三菱四通，為日本三菱與四通集團(tuán)在 1996年合資成立，占地 萬(wàn)平方米，總投資金額為 9 064 萬(wàn)美元，可以提供的封裝方式為DIP、 SOP、 QFP、 TO2 MSIC 及 SCRLM，年封裝測(cè)試最高可達(dá) 2 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為內(nèi)存、電源管理 IC、 ASIC、微控制器。第四名是江蘇江陰長(zhǎng)電科技，是國(guó)內(nèi)第一家上市封裝廠（ 2020 年 5 月），成立于 1998 年，總投資金額為 1 500 萬(wàn)美元，主要是從事 IC與分立組件的封裝、測(cè)試及銷售業(yè)務(wù)。第五名是意法半導(dǎo)體（ ST Microelectronics）與深圳賽格高技術(shù)投資股份有限公司各出資 60%、 40%成立的深圳賽意法微電子，成立于1997 年，位于廣東省深圳市，總投資金額為 億美元，可以提供的封裝方式為 TO2DPAK、 SOIC MiniDIP、 PDIP、 PPAK 及 BGA，年封裝測(cè)試最高可達(dá) 20 億顆 IC，主要封裝產(chǎn)品為 EPROM、消費(fèi)性 IC 及通信 IC。第七名則是東芝半導(dǎo)體，為無(wú)錫華芝與華晶電子集團(tuán)公司在 1994 年各出資 95%、 5%成立，但是， 2020 年?yáng)|芝將其收購(gòu)成為子公司，改名為現(xiàn)在的東芝半導(dǎo)體，可以提供的封裝方式為 SDIP24/54/64/5 QFP48，主要封裝產(chǎn)品為消費(fèi)性 IC。第九名是上海紀(jì)元微科微電子（原名為阿法泰克），是中國(guó)國(guó)內(nèi)第一家合資封測(cè)廠，成立于 1995 年，總投資金額為 7 500 萬(wàn)美元，是泰國(guó)阿法泰克公司、上海儀電控股及美國(guó)微芯片公司各出資 51%、 45%、 4%成立，可以提供的封裝方式為 PDIP/2 SOIC8/18/2 TSOP MSOP SOT2 TO2PLC28/4 TSOP6 及 QFN32，年封裝測(cè)試最高可達(dá) 4 億顆 IC 主要封裝產(chǎn)品為消費(fèi)性 IC。 成都信息工程學(xué)院 光電學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 10 第二章 微電子 芯片 封裝 工藝流程簡(jiǎn)介 2． 1 封裝的概念： 所謂封裝是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電 熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁 ——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。新一代 CPU的出現(xiàn)常常伴隨著新的封裝形式的使用。 2． 2 芯片封裝的分類： 近年來(lái)集成電路的封裝工程發(fā)展極為迅速，封裝的種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，發(fā)展變化大，需要對(duì)其進(jìn)行分類研究。 按芯片的裝載方式分類，裸芯片在裝載時(shí)，它的有電極的一面可以朝上也可以朝下，因此，芯片就有正裝片和倒裝片之分，布線面朝上為正裝片，反之為倒裝片。 按芯片的基板類型分類，基板的作用是搭載和固定裸芯片，同時(shí)兼有絕緣、導(dǎo)熱、隔離及保護(hù)作用。從材料上看，基板有有機(jī)和無(wú)機(jī)之分，從結(jié)構(gòu)上看，基板有單層的、雙層的、多層的和復(fù)合的。 按芯片的外型、結(jié)構(gòu)分類按芯片的外型、結(jié)構(gòu)分大致有： DIP、 SIP、 ZIP、 SDIP、SKDIP、 PGA、 SOP、 MSP、 QFP、 SVP、 LCCC、 PLCC、 SOJ、 BGA、 CSP、 TCP等，成都信息工程學(xué)院 光電學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 11 其中前 6種屬引腳插入型，隨后的 9種為表面貼裝型，最后一種是 TAB型。顧名思義，該類型的引腳在芯片兩側(cè)排列，是插入式封裝中最常見(jiàn)的一種，引腳節(jié)距為 mm，電氣性能優(yōu)良，又有利于散熱，可制成大功率器件。該類型的引腳在芯片單側(cè)排列，引腳節(jié)距等特征與 DIP基本相同。該類型的引腳也在芯片單側(cè)排列，只是引腳比 SIP粗短些，節(jié)距等特征也與 DIP基本相同。該類型的引腳在芯片兩側(cè)排列，引腳節(jié)距為 mm，芯片集成度高于 DIP。除了芯片的寬度是 DIP的 1/2以外，其它特征與 DIP相同。封裝底面垂直陣列布置引腳插腳，如同針柵。用于高速的且大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個(gè)側(cè)面引出，字母 L狀。 MSP：微方型封裝。 QFP：四方扁平封裝。 SVP：表面安裝型垂直封裝。實(shí)裝 占有面積很小。 LCCC：無(wú)引線陶瓷封裝載體。用于高速、高頻集成電路封裝。一種塑料封裝的 LCC。表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個(gè)側(cè)面引出，呈 J字形，引腳節(jié)距為 。表面貼裝型封裝的一種，在 PCB的背面布置二維陣列的球形端子，而不采用針腳引腳。 CSP：芯片級(jí)封裝。 TCP：帶載封裝。與其他表面貼裝型封裝相比，芯片更薄，引腳節(jié)距更小，達(dá) ，而引腳數(shù)可達(dá) 500針以上。金屬封裝：金屬材料可以沖、壓，因此有封裝精度高，尺寸嚴(yán)格，便于大量生產(chǎn)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。金屬 陶瓷封裝：兼有金屬封裝和陶瓷封裝的優(yōu)點(diǎn)。 通常芯片封裝（ Assembly）和芯片制造（ IC Fabrication）并不是在同一工廠內(nèi)完成的。成都信息工程學(xué)院 光電學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 12 因此，許多公司將芯片運(yùn)送到幾千公里以外的地方去做封裝。 封裝流程一般可以分成兩個(gè)部分：用塑料封裝（固封）之前的工藝步驟稱為前段操作（ Front End Operation），在成型之后的工藝步驟稱為后段操作（ Back End Operation）。在有些生產(chǎn)企業(yè)中，成型工序也在凈化的環(huán)境下進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，隨著硅芯片越來(lái)越復(fù)雜和日益趨向微型化，將使得更多的裝配和成型工 藝在粉塵得到控制的環(huán)境下進(jìn)行。塑料封裝的成型技術(shù)也有許多種，包括轉(zhuǎn)移成型技術(shù)（ Transfer Molding）、噴射成型技術(shù)（ Inject Molding）、預(yù)成型技術(shù)（ PreMolding），其中轉(zhuǎn)移成型技術(shù)使用最為普遍。 轉(zhuǎn)移成型技術(shù)的典型工藝過(guò)程如下：將已貼裝好芯片并完成芯片互連的框架帶置于模具中，將塑料材料預(yù)加熱（ 90～ 95℃ ），然后放進(jìn)轉(zhuǎn)移成型機(jī)的轉(zhuǎn)移罐中。塑封料在模具快速固化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓，使得模塊達(dá)到一定的硬度，然后用頂桿頂出模塊并放入固化爐進(jìn)一步固化。 圖 芯片封裝技術(shù)工藝流程 芯片的制造過(guò)程可概分為晶圓處理工序（ Wafer Fabrication）、晶圓針測(cè)工序（ Wafer Probe）、構(gòu)裝工序（ Packaging）、測(cè)試工序（ Initial Test and Final Test）等幾個(gè)步驟。 晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子元件（如晶體管、電容、邏輯開(kāi)關(guān)等），其處理程序通常與產(chǎn)品種類和所使用的技術(shù)有關(guān)，但一般基本步驟是先將晶圓適當(dāng)清洗，再在其表面進(jìn)行氧化及化學(xué)氣相沉積，然后進(jìn)行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復(fù)步驟，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及元件加工與制作 。在用針測(cè)（ Probe）儀對(duì)每個(gè)晶粒檢測(cè)其電氣特性，并將不合格的晶粒標(biāo)上記號(hào)后，將晶圓切開(kāi)，分割成一顆顆單獨(dú)的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的托盤(pán)中，不合格的晶粒則舍棄。其目的是用以保護(hù)晶粒避免受到機(jī)械刮傷或高溫破壞。 測(cè)試工序：芯片制造的最后一道工序?yàn)闇y(cè)試，其又可分為一般測(cè)試和特殊測(cè)試，前者是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測(cè)試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。而特殊測(cè)試則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對(duì)性的專門(mén)測(cè)試，看是否能 滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計(jì)專用芯片。而未通過(guò)測(cè)試的芯片則視其達(dá)到的參數(shù)情況定作降級(jí)品或廢品。 質(zhì)量檢測(cè)主要檢測(cè)封裝后芯片的可用性，封裝后的質(zhì)量和性能情況，而可靠性則是對(duì)封裝的可靠性相關(guān)參數(shù)的測(cè)試。如果說(shuō) “品質(zhì) ”是檢測(cè)產(chǎn)品 “現(xiàn)在 ”的質(zhì)量的話，那么 “可靠性 ”就是檢測(cè)產(chǎn)品 “未來(lái) ”的質(zhì)量。 圖 統(tǒng)計(jì)學(xué)上的浴盆曲線 如圖 所示的早夭區(qū)是指短時(shí)間內(nèi)就會(huì)被損壞的產(chǎn)品，也是生產(chǎn)廠商需要淘汰的，客戶所不能接受的產(chǎn)品；正常使用壽命區(qū)代表客戶可以接受的產(chǎn)品；耐用區(qū)指性能特別好，特別耐用的產(chǎn)品。在正常使用區(qū)，才有比較穩(wěn)定的優(yōu)良率?？煽啃詼y(cè)試就是為了分辨產(chǎn)品是否屬于正常使用區(qū)的測(cè)試，解決早期開(kāi)發(fā)中產(chǎn)品不穩(wěn)定，優(yōu)良率低等問(wèn)題，提高技術(shù)，使封裝生產(chǎn)線達(dá)到優(yōu)良率，穩(wěn)定運(yùn)行的目的。到了 20 世紀(jì) 90 年代，隨著封裝技術(shù)的發(fā)展，封裝廠家也逐漸增多，產(chǎn)品質(zhì)量就擺到了重要位置，誰(shuí)家產(chǎn)品的質(zhì)量好，就占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，于是質(zhì)量問(wèn)題是主要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn) 和研究方向。 先進(jìn)的封裝技術(shù) 電子產(chǎn)品及 設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為多功能化 ,高速化 ,大容量化 ,高密度化 ,輕量化 ,小型化 ,為了達(dá)到這些需求 ,集成電路工藝技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下 ,在封裝領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多先進(jìn)的封裝技術(shù)與形式 ,表現(xiàn)在封裝外形的變化是元器件多腳化 ,薄型化 ,引腳微細(xì)化 ,引腳形狀多樣化和凸點(diǎn)連接倒裝芯片技術(shù) ,多芯片三維封裝技 術(shù)等 . 1 BGA 技術(shù) 成都信息工程學(xué)院 光電學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 15 球柵陣列式 (BGA)是在基板的背面按陣列方式制出球形觸點(diǎn)作為引腳 ,在基板正面裝配 IC 芯片 ,是多數(shù)引腳大規(guī)模集成電路芯片封裝的一種表面貼裝型技術(shù) . BGA 具有以下特點(diǎn) : (1) 提高成品率 .采用 BGA 可以將細(xì)間距 QFP 的萬(wàn)分之二 ,焊點(diǎn)的失效率減小兩個(gè)數(shù)量級(jí) ,無(wú)須對(duì)工藝做較大的改動(dòng) . (2) BGA 焊點(diǎn)的中心距一般為 ,可以利用現(xiàn)有的 SMT 工藝設(shè)備 ,而QFP 得引腳中心距如果小到 ,引腳間距只有 ,則需要很精密的安放設(shè)備以及完全不同的焊接工藝 ,實(shí)現(xiàn)起來(lái)極為困難 . (3) 改進(jìn)了期間引出 端數(shù)和本體尺寸的比率 . (4) 明顯改善共面問(wèn)題 ,極大地減小了共面損壞 . (5) BGA 引腳牢固 ,不像 QFP 那樣存在引腳變形問(wèn)題 . (6) BGA 引腳短 ,是信號(hào)路徑短 ,減小引線電感和電容 ,增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)性能 . (7) 球形觸點(diǎn)陣列有助于散熱 . (8) BGA 合適 MCM 的封裝需要 ,有利于實(shí)現(xiàn) MCM 的高密度 ,高性能 . 2CSP 技術(shù) 芯片尺寸封裝 ,簡(jiǎn)稱 CSP,是指封裝外殼的尺寸不超過(guò)裸芯片尺寸 倍的一種先進(jìn)封裝形式 . (1) 封裝尺寸小 ,可滿足高密封裝 . (2) 電學(xué)性能優(yōu)良 . (3) 測(cè)試 ,篩選 ,老化容易 . (4) 散熱性良好 . (5) 內(nèi)無(wú)須填料 . (6) 制造工藝 ,設(shè)備的兼容