微電子封裝工藝的發(fā)展

微電子封裝技術(shù)的進展一、封裝技術(shù)的進展從80這種市場需求對電路組裝技術(shù)提出了相應(yīng)的要求處理速度的提高(高速化)成為促進微電子封裝技術(shù)進展的重要因素。片式元件：小型化、高性能阻器和以多層厚膜共燒工藝制造的片式獨石電容器兼容性的需求，對電子電路性能不斷地提出的要求，片式元件進一步向小型化、多層化、QMLCC10um層數(shù)高達100，片式多層變壓器和各種片式多層復合元件；在小型化方面，規(guī)格尺寸從3216→2125→1608→100506030.6mm0.3mm0.88%。的元件可使Si/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。芯片封裝技術(shù)：追隨IC的進展而進展ICICSMTIC，曾大量使用TO型封裝，后來又開發(fā)出DIP、PDIP，并成為這個時期的主導產(chǎn)品形SMTICLCCC、PLCC、SOPQFP不但解決了LSI且適于使用SMTPCBQFP最終成為SMTQFP的引腳間距目前已從1.27mm進展到了0.3mm由于引腳間距不斷縮小，I/O數(shù)不斷增加，封裝體積也不斷加大，給電路組裝生產(chǎn)帶來了很多0.3mm已是QFP芯片封裝BGA(BallGridArray)應(yīng)運而生，BGAI/OBGA技術(shù)的優(yōu)點是可增I/OQFPI/OBGA進展盡管解決了QFP片本征傳輸速率的要求，所以更的封裝CSP(ChipSizePackage)又消滅了，它的英文含義是封裝尺寸與裸芯片一樣或封裝尺寸比裸芯片稍大CSP80%。CSPBGAI/OCSP是縮小了的BGACSPBGASMTSMTCSP公司生產(chǎn)CSP，而且正越來越多地應(yīng)用于移動、數(shù)碼錄像機、筆記本電腦等產(chǎn)品上。從CSPCSP將取代QFP成為高I/O端子IC為了最終接近IC本征傳輸速度，滿足更高密度、更高功能和高牢靠性的電路組裝的要求，還必需進展裸芯片(Barechip)技術(shù)。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)(Flipchip)。 COB技術(shù) 用COB技術(shù)封裝的裸芯片是芯片主體和I/O端子在晶體上方，在焊接時將此裸芯片用導電/導熱膠粘接在PCB上，凝固后，用Bonder機將金屬絲(Al或Au)在超聲、熱壓的作用下，分別連接在芯片的I/O端子焊區(qū)和PCB相對應(yīng)的焊盤上，測試合格后，再封上樹脂膠。與其它封裝技術(shù)相比，COB技術(shù)有以下優(yōu)點：價格低廉；節(jié)約空間；工藝成熟COB技術(shù)也存在缺乏，即需要另配焊接機及封裝機有時速度跟不上PCB貼片對環(huán)境要求更為嚴格無法修理等。Flipchip技術(shù) Flipchip，又稱為倒裝片，與COB相比，芯片構(gòu)造和I/O端(錫球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整個芯片外表，故在封裝密度和處理速度上Flipchip已到達頂峰，特別是它可以承受類似SMT技術(shù)的手段來加工，故是芯片封裝技術(shù)及高密度安裝的最終方向。90年月，該技術(shù)已在多種行業(yè)的電子產(chǎn)品中加以推廣，特別是用于便攜式的通信設(shè)備中。裸芯片技術(shù)是當今最先進的微電子封裝技術(shù)隨著電子產(chǎn)品體積的進一步縮小裸芯片的應(yīng)用將會越來越廣泛。從1997年以來裸芯片的年增長率已到達30%之多，進展較為快速的裸芯片應(yīng)用包括計算機的相關(guān)部件，如微處理器、高速內(nèi)存和硬盤驅(qū)動器等。除此之外，一些便攜式設(shè)備，如機和傳呼機也可望于近期大量使用這一先進的半導體封裝技術(shù)最終全部的消費電子產(chǎn)品由于對高性能的要求和小型化的進展趨勢也將大量使用裸芯片技術(shù)元器件的縮小則可以大大推動電子產(chǎn)品體積的縮小，以移動為例，90年月重220g，而現(xiàn)在最輕的已達57克，可以很簡潔地放進上衣口袋里。微組裝：一代組裝技術(shù)90(SMT)的根底上進展起來的一代電子組裝技術(shù)。微組裝技術(shù)是在高密度多層互連基板上，(MCM)就是當前微組裝MCM承受DCA(裸芯片直接安裝技術(shù))或CSP，使電路圖形線寬到達幾微米到幾十微米的等級。在MCM的根底上設(shè)計與外部電路連接的扁平引線，間距為0.5mm，把幾塊MCM借助SMT組裝在一般的PCB統(tǒng)的功能。當前MCM(3DXY(2D)MCMZ3D，不但使電子產(chǎn)品密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更快，性能更好，牢靠性更好，而電子系統(tǒng)相對本錢MCMIC芯片。由于MCM高成品率要求各類IC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老化篩選，給組裝MCMCSP的消滅解決了KGDCSPMCMMCM用。二、封裝技術(shù)封的種類自二十世紀幾十年月以來快速進展的型微電子封裝技術(shù)，包括寒秋陣列封裝BG芯片尺寸封裝CSP、原片級封裝WLP、三位封裝3〕和系統(tǒng)封裝SI〕等項技術(shù)。2.1(BGA)陣列封裝(BGA)是世界上九十年月初進展起來的一種型封裝。BGABGA31mmBGA1mm900長為32m0.5mm的QFP只有208BGA的節(jié)距為1.5m1.27m1.0m、0.8mm、0.65mm0.5mm品率;⑤BGABGABGA(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)用于外表安裝，這是它的主要優(yōu)點。但是當PQFP0.5mmPQFP于較低引線數(shù)(208(28mm20028mmBGA封裝取代PQFPBGAFCBGA·期望成為進展最快的BGABGAFCBGA除了具有BGA②牢靠性高，由于芯片下填料的作用，使FCBGA抗疲乏壽命大大增加;③可返修性強。FCBGA所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括芯片凸點制作技術(shù)、倒裝芯片焊接技術(shù)、多層印制板制作技術(shù)(包括多層陶瓷基板和BT樹脂基板)、芯片底部填充技術(shù)、焊球附接技術(shù)、散熱板附接技術(shù)等。它所涉及的封裝材料主要包括以下幾類。凸點材料：Au、PbSn和AuSn等;凸點下金屬化材料：Al/Niv/CuTi/Ni/Cu或Ti/W/Au;焊接材料：PbSn焊料無鉛焊料;多層基板材料：高溫共燒陶瓷基板(HTCC)、低溫共燒陶瓷基板(LTCC)、BT樹脂基板;底部填充材料：液態(tài)樹脂;導熱膠：硅樹脂;散熱板：銅。目前，國際上FCBGA的典型系列示于表1。 2.2芯片尺寸封裝(CSP) 芯片尺寸封裝(CSP)和BGA是同一時代的產(chǎn)物是整機小型化便攜化的結(jié)果美國JEDEC給CSP的定義是：LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積120%的封裝稱為CSP。由于很多CSP承受BGA的形式，所以最近兩年封裝界權(quán)威人士認為，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：①近似芯片尺寸的超小型封裝;②保三、國內(nèi)外比較我國封裝技術(shù)與國外封裝技術(shù)的差距所在〔1〕封裝技術(shù)人才嚴峻短缺、缺少制程式改善工具的培訓及持續(xù)提高培訓的經(jīng)費及手段。(2〕先進的封裝設(shè)備、封裝材料及其產(chǎn)業(yè)鏈滯后，配套不拿且質(zhì)量不穩(wěn)定。封裝技術(shù)研發(fā)力量缺乏，生產(chǎn)工藝程序設(shè)計不周傘，可操作性差，執(zhí)行力量弱。封裝設(shè)備維護保養(yǎng)力量欠偉，缺少有閱歷的修理工程師，且牢靠性試驗設(shè)備不齊全，失效分析(FA)力量缺乏。國內(nèi)封裝企業(yè)除個別企業(yè)外，普遍規(guī)模較小，從事低端產(chǎn)品生產(chǎn)的居多，可持續(xù)進展能力低，缺乏向高檔進展的技術(shù)和資金。(6)缺少團隊精神，缺乏流程整合、持續(xù)改善、精細治理的精神，缺少現(xiàn)代企業(yè)治理的機制和理念。的作用。在芯片-封裝協(xié)同設(shè)計以及為滿足各種牢靠性要求而使用具本錢效益的材料和工藝技術(shù)和制造方面進展眾多的創(chuàng)爭論。在能量效率、醫(yī)療護理、公共安全和更多領(lǐng)域必需深思一些問題。(1)微電子封裝與電子產(chǎn)品密不行分，已經(jīng)成為制約電子產(chǎn)品乃至系統(tǒng)的將來。(2)微電子封裝必需與時俱進才能進展。國際微電子封裝的歷史證明白這一點。我國微電子封裝如何與時俱進?當務(wù)之急是爭論我國微電子封裝的進展戰(zhàn)略，制訂發(fā)展規(guī)劃二是優(yōu)化我國微電子封裝的科研生產(chǎn)體系三是樂觀提倡和大力進展屬于我國自主學問產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)技術(shù)。否則，我們將越跟蹤越落后。在這一點上我們可以很好地借鑒韓國和臺灣的閱歷。 (3)高度重視微電子三級封裝的垂直集成我們應(yīng)當以電子系統(tǒng)為龍頭，牽動一級、二級和三級封裝，方能占據(jù)市場，提高經(jīng)濟效益，不斷進展。我們曾建議把手機和雷達作為技術(shù)平臺進展我國的微電子封裝，就是出于這種考慮。 (4)高度重視不同領(lǐng)域和技術(shù)的穿插及融合。不同材料的穿插和融合產(chǎn)生的材料;不同技術(shù)穿插和融合產(chǎn)生的技術(shù);不同領(lǐng)域的穿插和融合產(chǎn)生的領(lǐng)域我們國家已經(jīng)有了肯定的根底在電子學會，已經(jīng)有不少分會和機構(gòu)。技術(shù)領(lǐng)域已涉及電子電路、電子封裝、外表貼裝、電子裝聯(lián)、電子材料、電子專用設(shè)備、電子焊接和電子電鍍等。過去，同行業(yè)溝通很多，但不同行業(yè)溝通不夠。我們應(yīng)當充分發(fā)揮電子學會各分會的作用，樂觀組織這種技術(shù)溝通。2微電子三級封裝微電子封裝，首先我們要表達一下三級封裝的概念。一般說來，微電子封裝分為三級。所謂一級封裝就是在半導體圓片裂片以后裝起來，并使芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳用引線鍵合(WB)、載帶自動鍵合(TAB)和倒裝芯片鍵合(FCB)連接起來，使之成為有有用功能的電子元器件或組件。一級封裝包括單芯片組件(SCM)和多芯片組件(MCM(SCM)和多芯片組件(MCM)的設(shè)計和制板上，成為部件或整機。這一級所承受的安裝技術(shù)包括通孔安裝技術(shù)(THT)、外表安裝技術(shù)(SMT)和芯片直接安裝技術(shù)(DCA內(nèi)容。在國際上，微電子封裝是一個很廣泛的概念，包含組裝和封裝的多項內(nèi)容裝所包含的范圍應(yīng)包括單芯片封裝(SCP(MCM封裝工藝、各種封裝基板設(shè)計和制造、芯片互連與組裝、封裝總體電性能、機械性能、熱性不過是個包封體，可有可無，等等。這些看法都是片面的，不正確的。我們應(yīng)當把現(xiàn)有的生疏于我國微電子封裝自身的進展。型微電子封裝技術(shù)(TO(CDIP)、陶瓷-玻璃雙列直插封裝(CerDIP)和塑料雙列直插封裝(PDIPPDIP，由于性能優(yōu)良、(PLCC)、塑料四邊引線扁平封裝(PQFP(PSOP)以及無引線四邊扁平封裝等封裝形式應(yīng)運而生，快速進展。由于密度高、引線節(jié)距小、本錢低并適于外表安裝，使PQFP成為這一展，因此集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型進展，制造了焊球陣列封裝(BGA)，并很快成為主流產(chǎn)品。后來又開發(fā)出了各種封裝體積更小的CSP。也就是在同一時期，多芯片組件(MCM)蓬勃進展起來，也被稱為電子封裝的一場革命。因基板材料的不同分為多層陶瓷基板MCM(MCM-C)。薄膜多層基板MCM(MCM-D)，塑料多層印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜基板MCM(MCM-C/D)。與此同時，由于電路密度和功能的需要，3D(SIP)也快速進展BGA、CSP、3DSIP焊球陣列封裝(BGA)陣列封裝(BGA)是世界上九十年月初進展起來的一種型封裝。BGABGA31mmBGA1mm90032mm0.5mmQFP208③BGA1.5mm1.27mm1.0mm、0.8mm、0.65mm0.5mm品率;⑤BGABGABGA(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)用于外表安裝，這是它的主要優(yōu)點。但是當PQFP0.5mmPQFP于較低引線數(shù)(208(28mm20028mmBGA封裝取代PQFPBGAFCBGA·期望成為進展最快的BGABGAFCBGA除了具有BGA②牢靠性高，由于芯片下填料的作用，使FCBGA抗疲乏壽命大大增加;③可返修性強。FCBGA所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括芯片凸點制作技術(shù)、倒裝芯片焊接技術(shù)、多層印制板制作技術(shù)(包括多層陶瓷基板和BT樹脂基板)、芯片底部填充技術(shù)、焊球附接技術(shù)、散熱板附接技術(shù)等。它所涉及的封裝材料主要包括以下幾類。凸點材料：Au、PbSn和AuSn等;凸點下金屬化材料：Al/Niv/Cu、Ti/Ni/CuTi/W/Au;焊接材料：PbSn材料：高溫共燒陶瓷基板(HTCC)、低溫共燒陶瓷基板(LTCC)、BT樹脂基板;底部填充材料：液態(tài)樹脂;導熱膠：硅樹脂;散熱板：銅。目前，國際上FCBGA1。芯片尺寸封裝(CSP)芯片尺寸封裝(CSP)和BGAJEDECCSPLSILSI120%的封裝稱為CSP。由于很多CSPBGAlmmBGA，小于lmm的為CSP。由于CSPCSPCSP、柔性基板CSPCSP、微小模塑CSPCSPBGA、凸點芯片載體(BCC)、QFNCSPCSPCSP(WLCSP)等。CSP1.0mm1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm0.25mm2CSPCSPIC芯片后再實施后道封裝的，而WLCSP它的全部或大局部工藝步驟是在已完成前工序的硅圓片上完成的的獨立器件。所以這種封裝也稱作圓片級封裝(WLP)CSP還具有獨特的優(yōu)點：①封裝加工效率高，可以多個圓片同時加工;②具有倒裝芯片封裝的優(yōu)(RDL)和凸點制作兩個工IC封裝公司紛紛投入這類WLCSPWLCSP的缺乏是目前引腳數(shù)較低，還沒有標準化4WLCSP5示出了這種WLCSPWLCSP所涉及的關(guān)鍵技術(shù)除了前工序所必需的金屬淀積技術(shù)、光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)等以外，還包括重布線(RDL)技術(shù)和凸點制作技術(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二級封裝較寬的焊盤節(jié)距，需將這些焊盤重分布，使這些焊盤由芯片周邊排列改為芯片有源面上陣列排布，這就需要重布線(RDL)技術(shù)。另外將方形鋁焊盤改為易于與焊料粘接的圓形銅焊盤，重布線中濺射的凸點下金屬(UBM)如Ti-Cu-NiCu可以用電鍍加厚Cu層。焊料凸點制作技術(shù)可承受電鍍法、化學鍍法、蒸發(fā)法、置球法和焊UBM材料為Al/Niv/Cu、T1/Cu/NiTi/W/AuBCBPI(聚酰亞胺)凸點材料有Au、PbSn、AuSn、In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)成為促進微電子封裝技術(shù)進展的重要因素。片式元件：小型化、高性能阻器和以多層厚膜共燒工藝制造的片式獨石電容器件?，F(xiàn)在高QMLCC10um化，層數(shù)高達1003216→2125160→100506030.6m0.3mm0.88的元件可使Si效率(芯片面積/基板面積)到達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。芯片封裝技術(shù)：追隨IC的進展而進展ICIC裝技術(shù)相協(xié)作，而SMT六七十年月的中、小規(guī)模IC，曾大量使用TO型封裝，后來又開發(fā)出DIP、PDIP，并成為這個時期的主導產(chǎn)品形式。八十年月消滅了SMT，相應(yīng)的IC封裝形式開發(fā)出適于外表貼裝短引線或無引線的LCCC、PLCC、SOP等構(gòu)造。在此根底上，經(jīng)十多年研制開發(fā)的QFP不但解決了LSISMTPCBQFPSMTQFP1.27mm0.3mm。由于引腳間距不斷縮小，I/O由于受器件引腳框架加工精度等制造技術(shù)的限制0.3mm已是QFP了組裝密度的提高。于是一種先進的芯片封裝BGA(BallGridArray)應(yīng)運而生，BGAI/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面引線長度短。BGA技術(shù)的優(yōu)點是可增加I/OQFP技術(shù)的高I/O本錢和牢靠性問題。BGA的興起和進展盡管解決了QFPCSP(ChipSizePackage)CSP80%。CSPBGAI/O數(shù)，使組裝密度進一步提高，可以說CSPBGA。CSPBGA根本上與SMTSMT比較的優(yōu)點，才使CSP得以快速進展并進入有用化階段。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、數(shù)碼錄像機、筆記本電腦等產(chǎn)品上。CSPCSP將取代QFP成為高I/O端子IC為了最終接近IC本征傳輸速度，滿足更高密度、更高功能和高牢靠性的電路組裝的要求，還必需進展裸芯片(Barechip)技術(shù)。從199730%之多，進展較為快速的裸芯片應(yīng)用包2160QFP、CSP、Barechip0.65mmQFP(160pin)面積為1，則同樣引腳CSP，其占用面積0.17，而承受Barechip0.12。