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微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)【1】
【摘 要】本文論述了微電子封裝技術(shù)的發(fā)展歷程，發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，主要介紹了幾種重要的微電子封裝技術(shù)，包括：BGA 封裝技術(shù)、CSP封裝技術(shù)、SIP封裝技術(shù)、3D封裝技術(shù)、MCM封裝技術(shù)等。
【關(guān)鍵詞】微電子技術(shù);封裝;發(fā)展趨勢(shì)
一、微電子封裝的發(fā)展歷程
IC封裝的引線和安裝類型有很多種，按封裝安裝到電路板上的方式可分為通孔插入式(TH)和表面安裝式(SM)，或按引線在封裝上的具體排列分為成列、四邊引出或面陣排列。
微電子封裝的發(fā)展歷程可分為三個(gè)階段：第一階段：上世紀(jì)70 年代以插裝型封裝為主，70 年代末期發(fā)展起來的雙列直插封裝技術(shù)(DIP)。
第二階段：上世紀(jì)80 年代早期引入了表面安裝(SM)封裝。
比較成熟的類型有模塑封裝的小外形(SO)和PLCC 型封裝、模壓陶瓷中的Cerquad、層壓陶瓷中的無引線式載體(LLCC)和有引線片式載體(LDCC)。
PLCC，Cerquad，LLCC和LDCC都是四周排列類封裝， 其引線排列在封裝的所有四邊。
第三階段：上世紀(jì)90 年代， 隨著集成技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的改進(jìn)和深亞微米技術(shù)的使用，LSI，vLSI，uLSI相繼出現(xiàn)， 對(duì)集成電路封裝要求更加嚴(yán)格，i/o引腳數(shù)急劇增加， 功耗也隨之增大， 因此， 集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型發(fā)展，出現(xiàn)了球柵陣列封裝(BGA)，并很快成為主流產(chǎn)品。
二、新型微電子封裝技術(shù)
(一)焊球陣列封裝(BGA)
陣列封裝(BGA)是世界上九十年代初發(fā)展起來的一種新型封裝。
BGA封裝的i/o端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：i/o引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率;雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少;寄生參數(shù)減小，信號(hào)傳輸延遲小，使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接，可靠性高。
這種BGA的突出的優(yōu)點(diǎn)：1.電性能更好：BGA用焊球代替引線，引出路徑短，減少了引腳延遲、電阻、電容和電感;2.封裝密度更高;由于焊球是整個(gè)平面排列，因此對(duì)于同樣面積，引腳數(shù)更高。
例如邊長(zhǎng)為31mm的BGA，當(dāng)焊球節(jié)距為1mm時(shí)有900只引腳，相比之下，邊長(zhǎng)為32mm，引腳節(jié)距為0.5mm的qfp只有208只引腳;3.BGA的節(jié)距為1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，與現(xiàn)有的表面安裝工藝和設(shè)備完全相容，安裝更可靠;4.由于焊料熔化時(shí)的表面張力具有 “自對(duì)準(zhǔn)”效應(yīng)，避免了傳統(tǒng)封裝引線變形的損失，大大提高了組裝成品率;5.BGA引腳牢固，轉(zhuǎn)運(yùn)方便;6.焊球引出形式同樣適用于多芯片組件和系統(tǒng)封裝。
因此，BGA得到爆炸性的發(fā)展。
BGA因基板材料不同而有塑料焊球陣列封裝(pBGA)，陶瓷焊球陣列封裝(cBGA)，載帶焊球陣列封裝(tBGA)，帶散熱器焊球陣列封裝(eBGA)，金屬焊球陣列封裝(mBGA)，還有倒裝芯片焊球陣列封裝(fcBGA)。
PQFP可應(yīng)用于表面安裝，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。
(二)芯片尺寸封裝(CSP)
CSP(chip scale package)封裝，是芯片級(jí)封裝的意思。
CSP封裝最新一代的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)，其技術(shù)性能又有了新的提升。
CSP封CSP封裝裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1：1.14，已經(jīng)相當(dāng)接近1：1的理想情況，絕對(duì)尺寸也僅有32平方毫米，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當(dāng)于tSOp內(nèi)存芯片面積的1/6。
與BGA封裝相比，同等空間下CSP封裝可以將存儲(chǔ)容量提高三倍。
芯片尺寸封裝(CSP)和BGA是同一時(shí)代的產(chǎn)物，是整機(jī)小型化、便攜化的結(jié)果。
LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積120%的封裝稱為CSP。
由于許多CSP采用BGA的形式，所以最近兩年封裝界權(quán)威人士認(rèn)為，焊球節(jié)距大于等于lmm的為BGA，小于lmm的為CSP。
由于CSP具有更突出的優(yōu)點(diǎn)：1.近似芯片尺寸的超小型封裝;2.保護(hù)裸芯片;3.電、熱性優(yōu)良;4.封裝密度高;5.便于測(cè)試和老化;6.便于焊接、安裝和修整更換。
一般地CSP，都是將圓片切割成單個(gè)IC芯片后再實(shí)施后道封裝的，而wlCSP則不同，它的全部或大部分工藝步驟是在已完成前工序的硅圓片上完成的，最a后將圓片直接切割成分離的獨(dú)立器件。
CSP封裝內(nèi)存芯片的中心引腳形式有效地縮短了信號(hào)的傳導(dǎo)距離，其衰減隨之減少，芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升。
CSP技術(shù)是在電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代時(shí)提出來的，它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更復(fù)雜)替代以前的小芯片時(shí)，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。
wlCSP所涉及的關(guān)鍵技術(shù)除了前工序所必須的金屬淀積技術(shù)、光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)等以外，還包括重新布線(RDL)技術(shù)和凸點(diǎn)制作技術(shù)。
通常芯片上的引出端焊盤是排到在管芯周邊的方形鋁層，為了使WLP適應(yīng)了SMt二級(jí)封裝較寬的焊盤節(jié)距，需將這些焊盤重新分布，使這些焊盤由芯片周邊排列改為芯片有源面上陣列排布，這就需要重新布線(RDL)技術(shù)。
三、微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
微電子封裝技術(shù)是90年代以來在半導(dǎo)體集成電路技術(shù)、混合集成電路技術(shù)和表面組裝技術(shù)(SMt)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代電子組裝技術(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(gè)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的基礎(chǔ)。
CSP的出現(xiàn)解決了KGD問題，CSP不但具有裸芯片的優(yōu)點(diǎn)，還可象普通芯片一樣進(jìn)行測(cè)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(jì)算機(jī)和超級(jí)巨型機(jī)中，今后將用于工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、醫(yī)用電子設(shè)備和汽車電子設(shè)備等領(lǐng)域。
四、結(jié)束語
從以上介紹可以看出，微電子封裝，特別是BGA、CSP、SIP、3D、MCM 等先進(jìn)封裝對(duì)SMt的影響是積極的，當(dāng)前更有利于SMt的發(fā)展，將來也會(huì)隨著基板技術(shù)的提高，新工藝、新材料、新技術(shù)、新方法的不斷出現(xiàn)，促進(jìn)SMt向更高水平發(fā)展。
微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)研究【2】
摘 要：隨著科技的發(fā)展，微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)由傳統(tǒng)的接觸式點(diǎn)膠方式向無接觸式點(diǎn)膠技術(shù)轉(zhuǎn)變。
本文就微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)中的接觸式點(diǎn)膠和無接觸式點(diǎn)膠技術(shù)進(jìn)行了詳盡的介紹。
關(guān)鍵詞：微電子封裝;接觸式點(diǎn)膠;無接觸式點(diǎn)膠
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，基于微電子技術(shù)的流體點(diǎn)膠技術(shù)在芯片固定、封裝倒扣以及芯片涂敷中得以廣泛應(yīng)用。
流體點(diǎn)膠技術(shù)以受控的方式對(duì)流體精確分配，可將理想大小的流體，如焊劑、導(dǎo)電膠、環(huán)氧樹脂和粘合劑等，轉(zhuǎn)移到工件諸如芯片、電子元件等合適位置。
從而實(shí)現(xiàn)各種元器件機(jī)械或者電氣的連接。
基于微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是操作系統(tǒng)性能好，點(diǎn)膠速度快和點(diǎn)膠一致性優(yōu)良、精度高等特點(diǎn)[2]。
1 點(diǎn)膠技術(shù)綜述
基于點(diǎn)膠原理的不同，可將點(diǎn)膠技術(shù)分為接觸式點(diǎn)膠和無接觸式點(diǎn)膠[3，4]，如圖1所示。
接觸式點(diǎn)膠的工作原理是通過點(diǎn)膠針頭引導(dǎo)液同基板接觸，經(jīng)過一段時(shí)間后待基板完全浸潤(rùn)后，點(diǎn)膠針頭開始向上運(yùn)動(dòng)，膠液依靠同基板間的黏性力同點(diǎn)膠針頭分離在基板上形成膠點(diǎn)。
接觸式點(diǎn)膠技術(shù)的特點(diǎn)是需要配置高精度的傳感器來控制針頭抬起和下降高度。
無接觸式點(diǎn)膠是采用相關(guān)方式使膠液受到高壓作用，膠液在獲得足夠大的動(dòng)能后按照規(guī)定的速度噴射到基本之上。
膠液在噴射時(shí)，針頭沒有Z軸方向位移[3]。
近幾年來，點(diǎn)膠技術(shù)得以快速發(fā)展，已經(jīng)從接觸式點(diǎn)膠技術(shù)向無接觸式點(diǎn)膠技術(shù)轉(zhuǎn)變。
當(dāng)前國外已經(jīng)開始研究和開發(fā)無接觸式點(diǎn)膠技術(shù)，并取得了一定的成績(jī)。
不過，就我國而言，目前還有超過一般以上的點(diǎn)膠系統(tǒng)仍舊采用接觸式針頭點(diǎn)膠，且以時(shí)間/壓力型為主[2];無接觸式點(diǎn)膠系統(tǒng)市場(chǎng)份額占有率低下，所以，針對(duì)我國點(diǎn)膠技術(shù)發(fā)展實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)精度高、可靠性強(qiáng)的流體點(diǎn)膠技術(shù)研究和開發(fā)勢(shì)在必行[5]。
2 接觸式點(diǎn)膠
2.1大量式點(diǎn)膠
大量式點(diǎn)膠可細(xì)分為針轉(zhuǎn)式點(diǎn)膠和絲網(wǎng)印刷式點(diǎn)膠兩種。
大量式點(diǎn)膠的突出特點(diǎn)是點(diǎn)膠速度快。
可適用于印刷電路板的大規(guī)模生產(chǎn)線，其缺點(diǎn)是柔性差，點(diǎn)膠的精度不是很高，一致性差，且膠液是直接暴露在空氣中，膠液容易吸水和揮發(fā)，影響膠液質(zhì)量。
針轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠的適應(yīng)性比較差，對(duì)于不同的點(diǎn)膠樣式需要更換針板，在點(diǎn)膠時(shí)需不停加熱，重復(fù)適用性差。
絲網(wǎng)印刷式點(diǎn)膠僅僅適用表面比較平整的元器件，而對(duì)于表面凸凹不平的集成電路則不適用。
[2，4，6]。
2.2 針頭式點(diǎn)膠
2.2.1 計(jì)量管式點(diǎn)膠和活塞式點(diǎn)膠
計(jì)量式點(diǎn)膠和活塞式點(diǎn)膠是繼大量式點(diǎn)膠后的一種新型點(diǎn)膠方式。
這兩種點(diǎn)膠方式都是通過壓力驅(qū)動(dòng)膠液流出完成點(diǎn)膠。
計(jì)量式點(diǎn)膠是由螺旋桿旋轉(zhuǎn)提供壓力，在壓力作用下膠液流出，針頭按照一定的軌跡移動(dòng)可畫出線或者圓等圖案。
活塞式點(diǎn)膠是通過活塞作用推動(dòng)膠液流出完成點(diǎn)膠。
該點(diǎn)膠方式的一致性好，不過膠液的量不好控制，活塞清洗困難，對(duì)活塞的密封性要求極高[2，4，6]。
2.2.2 時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠
時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的點(diǎn)膠方式之一，該種點(diǎn)膠方式最早的應(yīng)用在表面貼裝中。
其工作原理是通過脈動(dòng)氣壓擠壓針筒內(nèi)的活塞，將流體通過底部針頭擠出到基板上。
該種點(diǎn)膠技術(shù)適用于黏度不是很高的流體;其膠點(diǎn)大小同氣體壓力和時(shí)間有關(guān)。
該種點(diǎn)膠設(shè)備的造價(jià)比較低，容易操作，維護(hù)和清洗方便。
不過該種點(diǎn)膠方式對(duì)流體的黏度很敏感，氣壓反復(fù)壓縮使流體溫度逐漸升高，對(duì)流體的流變特性造成了一定影響，比如膠液流出的直徑大小不一，點(diǎn)膠一致性效果差。
3 無接觸式點(diǎn)膠
無接觸式點(diǎn)膠是當(dāng)前一種基于微電子技術(shù)的新型點(diǎn)膠技術(shù)，該點(diǎn)膠技術(shù)可細(xì)分為噴墨點(diǎn)膠和噴射點(diǎn)膠。
其中噴射點(diǎn)膠又分為機(jī)械式噴射點(diǎn)膠和壓電式噴射點(diǎn)膠兩種方式。
3.1 噴墨技術(shù)
噴墨技術(shù)指的是將墨水噴涂到基底上面的技術(shù)。
噴墨方式有熱氣泡式和壓電式。
該種技術(shù)主要應(yīng)用在印刷、壓電式噴墨和藥劑生產(chǎn)方面。
熱氣泡式噴墨是對(duì)熱敏電阻通電，產(chǎn)生熱能加熱墨水產(chǎn)生氣泡，氣泡爆破后墨水噴出形成墨滴;壓電式噴墨是利用壓電材料壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械力，通過機(jī)械力將墨水“擠”或“推”出去。
不過需要提出的是，微電子封裝中所使用的流體黏度一般都比較高，而噴墨技術(shù)只適用于低黏度流體的噴墨。
在流體材料適用性方面表現(xiàn)的能力比較欠缺。
3.2 噴射點(diǎn)膠技術(shù)
噴射點(diǎn)膠技術(shù)當(dāng)前還處于研發(fā)階段，技術(shù)還不夠成熟。
該技術(shù)主要是通過瞬間高壓作用驅(qū)動(dòng)膠液噴出，每次噴射只能形成一個(gè)膠點(diǎn)。
經(jīng)過多次噴射后膠點(diǎn)疊加在一起形成圖案。
噴射點(diǎn)膠基本上對(duì)各種黏度的流體適用。
并且噴射的速度快、適應(yīng)性和一致性好。
當(dāng)前，噴射點(diǎn)膠技術(shù)有機(jī)械式和壓電式兩種。
其中，壓電式點(diǎn)膠適用于低、中黏度流體;機(jī)械式點(diǎn)膠適用于黏度高的流體。
3.2.1 機(jī)械式噴射點(diǎn)膠
機(jī)械式噴射點(diǎn)膠主要用于噴射高黏度流體，目前在電子生產(chǎn)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
采用機(jī)械師噴射點(diǎn)膠，流體在比較低的壓力作用下就能進(jìn)入到料腔內(nèi)。
一般而言，芯片下填充料粘結(jié)劑的壓力控制在0.1MPa左右;液晶類黏度比較低的材料壓力控制在0.01MPa左右。
該技術(shù)的特點(diǎn)是液體在噴嘴位置可獲得極強(qiáng)瞬時(shí)壓力，可對(duì)黏度高的流體進(jìn)行噴射;其缺點(diǎn)是噴射出的膠點(diǎn)要比壓電式、熱氣泡式所噴射的膠點(diǎn)尺寸大很多[3，7]，并且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，噴射頻率要低于壓電式。
3.2.2壓電式噴射點(diǎn)膠
壓電式噴射點(diǎn)膠裝置主要有兩大類型。
一類是壓電式點(diǎn)膠作為熱噴墨印刷技術(shù)應(yīng)用于LED中有機(jī)顏料的注入;另一類是壓電式噴射點(diǎn)膠是應(yīng)用于電子器件紫外固化粘結(jié)劑包封。
4 結(jié)語
綜上，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微電子封裝點(diǎn)膠技術(shù)必將會(huì)向新臺(tái)階邁進(jìn)。
本文針對(duì)微電子封裝的接觸式點(diǎn)膠技術(shù)和無接觸式點(diǎn)膠技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹和分析。
僅供業(yè)內(nèi)人士參考。
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