淺析未來微電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)論文
在電子封裝技術(shù)中，微電子封裝更是舉足輕重，所以IC封裝在國際上早已成為獨(dú)立的封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)，并與IC設(shè)計(jì)和IC制造共同構(gòu)成IC產(chǎn)業(yè)的三大支柱。本文介紹了對(duì)微電子封裝的要求，以及未來微電子封裝的發(fā)展趨勢(shì)，其中著重介紹了芯片直接安裝(DCA)優(yōu)越性。
1 概述
如今，全球正迎來電子信息時(shí)代，這一時(shí)代的重要特征是以電腦為核心，以各類集成電路，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展為物質(zhì)基礎(chǔ)，并由此推動(dòng)、變革著整個(gè)人類社會(huì)，極大地改變著人們的生活和工作方式，成為體現(xiàn)一個(gè)國家國力強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一。因?yàn)闊o論是電子計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)、汽車電子及消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)，還是要求更高的航空、航天及軍工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，都越來越要求電子產(chǎn)品具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、輕型化、便攜化以及將大眾化普及所要求的低成本等特點(diǎn)。滿足這些要求的正式各類集成電路，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路芯片。要將這些不同引腳數(shù)的集成電路芯片，特別是引腳數(shù)高達(dá)數(shù)百乃至數(shù)千個(gè)I/O的集成電路芯片封裝成各種用途的電子產(chǎn)品，并使其發(fā)揮應(yīng)有的功能，就要采用各種不同的封裝形式，如DIP、SOP、QFP、BGA、 CSP、MCM等。可以看出，微電子封裝技術(shù)一直在不斷地發(fā)展著。
現(xiàn)在，集成電路產(chǎn)業(yè)中的微電子封裝測(cè)試已與集成電路設(shè)計(jì)和集成電路制造一起成為密不可分又相對(duì)獨(dú)立的`三大產(chǎn)業(yè)。而往往設(shè)計(jì)制造出的同一塊集成電路芯片卻采用各種不同的封裝形式和結(jié)構(gòu)。今后的微電子封裝又將如何發(fā)展呢?根據(jù)集成電路的發(fā)展及電子整機(jī)和系統(tǒng)所要求的高性能、多功能、高頻、高速化、小型化、薄型化、輕型化、便攜化及低成本等，必然要求微電子封裝提出如下要求：
(1)具有的I/O數(shù)更多;(2)具有更好的電性能和熱性能;(3)更小、更輕、更薄，封裝密度更高;(4)更便于安裝、使用、返修;(5)可靠性更高;(6)性能價(jià)格比更高;
2 未來微電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
具體來說，在已有先進(jìn)封裝如QFP、BGA、CSP和MCM等基礎(chǔ)上，微電子封裝將會(huì)出現(xiàn)如下幾種趨勢(shì)：
DCA(芯片直接安裝技術(shù))將成為未來微電子封裝的主流形式
DCA是基板上芯片直接安裝技術(shù)，其互聯(lián)方法有WB、TAB和FCB技術(shù)三種，DCA與互聯(lián)方法結(jié)合，就構(gòu)成板上芯片技術(shù)(COB)。
當(dāng)前，在DCA技術(shù)中，WB仍是主流，但其比重正逐漸下降，而FCB技術(shù)正迅速上升。因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)越性：
(1)DCA特別是FC(倒裝芯片)是“封裝”家族中最小的封裝，實(shí)際上是近于無封裝的芯片。
(2)傳統(tǒng)的WB只能利用芯片周圍的焊區(qū)，隨著I/O數(shù)的增加，WB引腳節(jié)距必然縮小，從而給工藝實(shí)施帶來困難，不但影響產(chǎn)量，也影響WB質(zhì)量及電性能。因此，高I/O數(shù)的器件不得不采用面陣凸點(diǎn)排列的FC。
(3)通常的封裝(如SOP、QFP)從芯片、WB、引線框架到基板，共有三個(gè)界面和一個(gè)互聯(lián)層。而FC只有芯片一個(gè)基板一個(gè)界面和一個(gè)互聯(lián)層，從而引起失效的焊點(diǎn)大為減少，所以FCB的組件可靠性更高。
(4)FC的“引腳”實(shí)際上就是凸點(diǎn)的高度，要比WB短得多，因此FC的電感非常低，尤其適合在射頻移動(dòng)電話，特別是頻率高達(dá)2GHz以上的無線通信產(chǎn)品中應(yīng)用。
(5)由于FC可直接在圓片上加工完成“封裝”，并直接FCB到基板上，這就省去了粘片材料、焊絲、引線框架及包封材料，從而降低成本，所以FC最終將是成本最低的封裝。
(6)FC及FCB后可以在芯片背面直接加裝散熱片，因此可以提高芯片的散熱性能，從而FC很適合功率IC芯片應(yīng)用。
通過以上對(duì)DCA及FCB優(yōu)越性的分析，可以看出DCA特別是FCB技術(shù)將成為未來微電子封裝的主流形式應(yīng)是順理成章的事。
2.2 三維(3D)封裝技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)功能的有效途徑
三維封裝技術(shù)是國際上近幾年正在發(fā)展著的電子封裝技術(shù)，它又稱為立體微電子封裝技術(shù)。3D已成為實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)功能的有效途徑。
各類SMD的日益微型化，引線的細(xì)線寬和窄間距化，實(shí)質(zhì)上是為實(shí)現(xiàn)xy平面(2D)上微電子組裝的高密度化;而3D則是在2D的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步向z方向，即向空間發(fā)展的微電子組裝高密度化。實(shí)現(xiàn)3D，不但使電子產(chǎn)品的組裝密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更高、相對(duì)功耗更低、性能更好，而可靠性也更高等。
與常規(guī)的微電子封裝技術(shù)相比，3D可使電子產(chǎn)品的尺寸和重量縮小十倍。實(shí)現(xiàn)3D，可以大大提高IC芯片安裝在基板上的Si效率(即芯片面積與所占基板面積之比)。對(duì)于2D多芯片組件情況，Si效率在20%—90%之間，而3D的多芯片組件的Si效率可達(dá)100%以上。由于3D的體密度很高，上、下各層間往往采取垂直互聯(lián)，故總的引線長度要比2D大為縮短，因而使信號(hào)的傳輸延遲線也大為減小。況且，由于總的引線長度的縮短，與此相關(guān)的寄生電容和寄生電感也大為減小，能量損耗也相應(yīng)減少，這都有利于信號(hào)的高速傳輸，并改善其高頻性能。此外，實(shí)現(xiàn)3D，還有利于降低噪聲，改善電子系統(tǒng)性能。還由于3D緊密堅(jiān)固的連接，有利于可靠性的提高。
3D也有熱密度較大、設(shè)計(jì)及工藝實(shí)施較復(fù)雜的不利因素，但隨著3D技術(shù)日益成熟，這些不利因素是可以克服的。
總之，微電子封裝技術(shù)的發(fā)展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。
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