集成電路封裝概述

集成電路封裝概述近年來，我國集成電路行業(yè)發(fā)展迅猛，以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超過了之前鋼鐵、石油、汽車傳統(tǒng)工業(yè)成為了支柱產(chǎn)業(yè)。集成電路的集成度和產(chǎn)品更新速度為每18個月增加一倍，成為拉動國民經(jīng)濟和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的強有力的引擎。而封裝測試業(yè)作為集成電路行業(yè)重要環(huán)節(jié)，已為我國集成電路的重要組成部分，我國在集成電路領(lǐng)域首先發(fā)展的即是封裝測試業(yè)，由于具備成本和地緣優(yōu)勢，同時國外半導(dǎo)體公司也向中國轉(zhuǎn)移封裝測試產(chǎn)能，目前我國已經(jīng)成為全球主要封裝基地之一。我國集成電路行業(yè)起步較晚，由于國家大力扶持科學(xué)技術(shù)人才發(fā)展，大力支持科學(xué)技術(shù)改革與創(chuàng)新，所以我國的集成電路行業(yè)發(fā)展迅猛，而作為集成電路的重要環(huán)節(jié)，集成電路封裝也同樣是發(fā)展迅猛，得益于我國的地緣跟成本優(yōu)勢，依靠于廣大市場潛力和人才發(fā)展，集成電路封裝已成為我國重要的集成電路行業(yè)重要的組成部分，我國優(yōu)先發(fā)展的就是集成電路封裝。國外半導(dǎo)體公司也向中國轉(zhuǎn)移封裝測試產(chǎn)能，我國的集成電路封裝發(fā)展具有巨大的潛力，目前我國已經(jīng)成為全球主要封裝基地之一。SIP是基于SOC的一種新封裝技術(shù)，將一個或多個裸芯片及可能的無源元件構(gòu)成的高性能模塊裝載在一個封裝外殼內(nèi)，包括將這些芯片層疊在一起，且具備一個系統(tǒng)的功能。SIP將多個IC和無源元件封裝在高性能基板上，可方便地兼容不同制造技術(shù)的芯片，從而使封裝由單芯片級進人系統(tǒng)集成級。它是在基板上挖凹槽，芯片鑲嵌其中，可降低封裝體厚度，電阻、電容、電感等生成于基板上方，最后用高分子材料包封。在一個封裝中密封多個芯片，通常采用物理的方法將兩個或多個芯片重疊起來，或在同一封裝襯底上將疊層一個挨一個連接起來，使之具有新的功能。它可實現(xiàn)系統(tǒng)集成，將多個IC以及所需的分立器件和無源元件集成在一個封裝內(nèi)，包括多個堆疊在一起的芯片，或?qū)⒍鄠€芯片堆疊整合在同一襯底上，形成的標(biāo)準化產(chǎn)品，可以像普通的器件一樣在電路板上進行組裝。SIP為一個封裝內(nèi)集成了各種完成系統(tǒng)功能的電路芯片，是縮小芯片線寬之外的另一種提高集成度的方法，而與之相比可大大降低成本和節(jié)省時間。SIP也就是多芯片堆疊的3D封裝內(nèi)系統(tǒng)(System-in-3Dpackage)集成，在垂直芯片表面的方向上堆疊，互連兩塊以上裸芯片的封裝，其空間占用小，電性能穩(wěn)定，向系統(tǒng)整合封裝發(fā)展.將混合集成的無源元件封裝于四面引線扁平封裝QFP或薄微型封裝TSOP的封裝中，可有效地減少印刷電路板的尺寸，提高組裝密度。SIP可嵌裝不同工藝制作IC芯片，以及內(nèi)嵌無源元件，甚至光器件和微機械電子系統(tǒng)MEMS，提供緊湊而性能優(yōu)異的功能產(chǎn)品給用戶。它還可以通過各功能芯片的裸管芯及分立元器件在同一襯底的集成，實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能，是一種可實現(xiàn)系統(tǒng)級芯片集成的半導(dǎo)體技術(shù),是指通過多芯片及無源元件(或無源集成元件)形成的系統(tǒng)功能集中于一個單一封裝內(nèi)，構(gòu)成一個類似的系統(tǒng)器件。當(dāng)SOC的特征尺寸更小以后，將模擬、射頻和數(shù)字功能整合到一起的難度隨之增大，有一種可選擇的解決方案是將多個不同的裸芯片封裝成一體，從而產(chǎn)生了系統(tǒng)級封裝。SIP綜合運用現(xiàn)有的芯片資源及多種先進封裝技術(shù)的優(yōu)勢，有機結(jié)合起來由幾個芯片組成的系統(tǒng)構(gòu)筑而成的封裝，開拓了一種低成本系統(tǒng)集成的可行思路與方法，較好地解決了SOC中諸如工藝兼容、信號混合、電磁干擾EMI、芯片體積、開發(fā)成本等問題，在移動通信、藍牙模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機及外設(shè)、數(shù)碼產(chǎn)品、圖像傳感器等方面有很大的市場需求量。在IC產(chǎn)業(yè)大投資、大發(fā)展之際。國內(nèi)一些知名高校在211建設(shè)中，均將芯片封裝和MEMS技術(shù)列為重點學(xué)科發(fā)展方向，應(yīng)多方關(guān)注SIP技術(shù)研發(fā)動向，予以充分重視，有選擇性地中西貫通。半導(dǎo)體器件有許多封裝型式，從DIP、SOP、QPF、PGA、BGA到CSP再到SIP，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進，這些都是前人根據(jù)當(dāng)時的組裝技術(shù)和市場需求而研制的?？傮w說來，它大概有三次重大的革新：第一次是在上世紀80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝，極大地提高了印刷電路板上的組裝密度；第二次是在上世紀90年代球型矩正封裝的出現(xiàn)，它不但滿足了市場高引腳的需求，而且大大地改善了半導(dǎo)體器件的性能；晶片級封裝、系統(tǒng)封裝、芯片級封裝是現(xiàn)在第三次革新的產(chǎn)物，其目的就是將封裝減到最小。每一種封裝都有其獨特的地方，即其優(yōu)點和不足之處，而所用的封裝材料，封裝設(shè)備，封裝技術(shù)根據(jù)其需要而有所不同。驅(qū)動半導(dǎo)體封裝形式不斷發(fā)展的動力是其價格和性能。電子產(chǎn)品是由半導(dǎo)體器件（集成電路和分立器件）、印刷線路板、導(dǎo)線、整機框架、外殼及顯示等部分組成，其中集成電路是用來處理和控制信號，分立器件通常是信號放大，印刷線路板和導(dǎo)線是用來連接信號，整機框架外殼是起支撐和保護作用，顯示部分是作為與人溝通的接口。所以說半導(dǎo)體器件是電子產(chǎn)品的主要和重要組成部分，在電子工業(yè)有“工業(yè)之米〃的美稱。半導(dǎo)體組裝技術(shù)（Assemblytechnology）的提高主要體現(xiàn)在它的封裝型式（Package）不斷發(fā)展。通常所指的組裝（Assembly）可定義為：利用膜技術(shù)及微細連接技術(shù)將半導(dǎo)體芯片（chip）和框架（Lead-Frame）或基板（Substrate）或塑料薄片（Film）或印刷線路板中的導(dǎo)體部分連接以便引出接線引腳，并通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。它具有電路連接，物理支撐和保護，外場屏蔽，應(yīng)力緩沖，散熱，尺寸過度和標(biāo)準化的作用。從三極管時代的插入式封裝以及20世紀80年代的表面貼裝式封裝，發(fā)展到現(xiàn)在的模塊封裝，系統(tǒng)封裝等等，前人已經(jīng)研究出很多封裝形式，每一種新封裝形式都有可能要用到新材料，新工藝或新設(shè)備。封裝的作用包括：1.物理保護。2.電器連接。3.標(biāo)準規(guī)格化。封裝的分類：根據(jù)材料分類，根據(jù)所用的材料來劃分半導(dǎo)體器件封裝形式有金屬封裝、陶瓷封裝、金屬-陶瓷封裝和塑料封裝。根據(jù)密封性分類，按封裝密封性方式可分為氣密性封裝和樹脂封裝兩類。根據(jù)外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類，按封裝的外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝。SiP（systeminapackage封裝內(nèi)系統(tǒng)，或稱系統(tǒng)封裝）是指將不同種類的元件，通過不同技術(shù)，混載于同一封裝之內(nèi)，由此構(gòu)成系統(tǒng)集成封裝形式。該定義是經(jīng)過不斷演變，逐漸形成的，開始是在單芯片封裝中加入無源元件，再到單個封裝中加入多個芯片、疊層芯片以及無源器件，最后封裝構(gòu)成一個體系，即SiP。該定義還包括，SiP應(yīng)以功能塊亞系統(tǒng)形式做成制品，即應(yīng)具備亞系統(tǒng)的所有組成部分和功能。微電子封裝對集成電路（IC）產(chǎn)品的體積、性能、可靠性質(zhì)量、成本等都有重要影響，IC成本的40%是用于封裝的，而IC失效率中超過25%的失效因素源自封裝。實際上，封裝已成為研發(fā)高性能電子系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及制約因素，全球領(lǐng)先的整合器件制造商IDM在高密度、高可靠封裝技術(shù)方面秣馬厲兵，封裝被列入重點研發(fā)計劃正處于如火如茶之中。另外，支持發(fā)展速度的硅IC應(yīng)用所需的無源元件的用量也越來越大，其典型值超過1：10，在一些移動終端（手機、筆記本電腦、個人數(shù)字助理PDA、數(shù)碼相機等）產(chǎn)品中，無源元件和有源器件（芯片為主）之比約為50：1，甚至可達100：1，其成本占元器件總額的三分之一左右，無源元件以電阻器和電容器為主，一部典型的GSM手機內(nèi)含500多個無源元件，占電路板面積的50%，而且有30-50%的焊點與此有關(guān)。著名的摩爾定律仍長期有效，芯片功能發(fā)展強勁，凸現(xiàn)出無源元件的集成化發(fā)展緩慢，IC的各種封裝布線設(shè)計及制作技術(shù)同樣適用于無源元件集成，并可將小型化、集成化的無源元件封裝在統(tǒng)一的封裝結(jié)構(gòu)中。為此，很多IDM和封裝承包商積極推出新一代SIP（Systeminapackage，系統(tǒng)封裝或稱其為封裝內(nèi)系統(tǒng)）技術(shù)及其產(chǎn)品，期望以此彌補SOC（Systemonachip片上系統(tǒng)）芯片的某些缺陷，推進在一個封裝內(nèi)的無源元件集成化，促進新世紀進入一個各類元器件的大集成時代。關(guān)于SIP的內(nèi)涵概念封裝就是將具有一定功能的芯片（die，芯粒或稱籽芯、管芯），置入密封在與其相適應(yīng)的一個外殼殼體中，形成一個完善的整體，為芯片提供保護，并保障信號和功率的輸入與輸出，同時，將芯片工作時產(chǎn)生的熱量散發(fā)到外部環(huán)境，確保器件能在所要求的外界環(huán)境及工作條件下穩(wěn)定可靠地運行，盡管封裝形成千差萬別，且不斷發(fā)展，但其生產(chǎn)過程大致可分為晶圓切片、芯片置放裝架、內(nèi)引線鍵合（電氣互連）、密封等幾十個階段。國內(nèi)外IDM和封裝業(yè)界對究竟什么是SIP的內(nèi)涵概念頗有爭議，從不同角度作了很多探索，至今看法不一，各執(zhí)一詞，目前尚未統(tǒng)一成十分嚴格的表征，其技術(shù)方案相繼被披露出來。簡言之，SIP技術(shù)的研發(fā)者和評價者大致有以下多種對SIP內(nèi)涵概念的表述：?SIP是基于SOC的一種新封裝技術(shù)，將一個或多個裸芯片及可能的無源元件構(gòu)成的高性能模塊裝載在一個封裝外殼內(nèi)，包括將這些芯片層疊在一起，且具備一個系統(tǒng)的功能。?SIP將多個IC和無源元件封裝在高性能基板上，可方便地兼容不同制造技術(shù)的芯片，從而使封裝由單芯片級進人系統(tǒng)集成級。?SIP是在基板上挖凹槽，芯片鑲嵌其中，可降低封裝體厚度，電阻、電容、電感等生成于基板上方，最后用高分子材料包封。常用的基板材料為 FR-4、LCP（LiquidCrystalPolymer）。低溫共燒多層陶瓷LTCC、QspreyMetalAl/SiC顆粒增強金屬基復(fù)合材料等。?SIP在一個封裝中密封多個芯片，通常采用物理的方法將兩個或多個芯片重疊起來，或在同一封裝襯底上將疊層一個挨一個連接起來，使之具有新的功能。?SIP可實現(xiàn)系統(tǒng)集成，將多個IC以及所需的分立器件和無源元件集成在一個封裝內(nèi)，包括多個堆疊在一起的芯片，或?qū)⒍鄠€芯片堆疊整合在同一襯底上，形成的標(biāo)準化產(chǎn)品，可以像普通的器件一樣在電路板上進行組裝。?SIP為一個封裝內(nèi)集成了各種完成系統(tǒng)功能的電路芯片，是縮小芯片線寬之外的另一種提高集成度的方法，而與之相比可大大降低成本和節(jié)省時間。?SIP實際上是多；S片封裝MCP或芯片尺寸封裝CSP的演進，可稱其為層疊式MCP，堆疊式CSP,特別是CSP因生產(chǎn)成本低，將成為最優(yōu)的集成無源元件技術(shù)，0201型片式元件也可貼放在較大CSP下方，但SIP強凋的是該封裝內(nèi)包含了某種系統(tǒng)的功能。?SIP也就是多芯片堆疊的3D封裝內(nèi)系統(tǒng)(System-in-3Dpackage)集成，在垂直芯片表面的方向上堆疊，互連兩塊以上裸芯片的封裝，其空間占用小，電性能穩(wěn)定，向系統(tǒng)整合封裝發(fā)展。?SIP將混合集成的無源元件封裝于四面引線扁平封裝QFP或薄微型封裝TSOP的封裝中，可有效地減少印刷電路板的尺寸，提高組裝密度。?SIP可嵌裝不同工藝制作IC芯片，以及內(nèi)嵌無源元件，甚至光器件和微機械電子系統(tǒng)MEMS，提供緊湊而性能優(yōu)異的功能產(chǎn)品給用戶。?SIP通過各功能芯片的裸管芯及分立元器件在同一襯底的集成，實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能，是一種可實現(xiàn)系統(tǒng)級芯片集成的半導(dǎo)體技術(shù)。?SIP是指通過多芯片及無源元件(或無源集成元件)形成的系統(tǒng)功能集中于一個單一封裝內(nèi)，構(gòu)成一個類似的系統(tǒng)器件。?當(dāng)SOC的特征尺寸更小以后，將模擬、射頻和數(shù)字功能整合到一起的難度隨之增大，有一種可選擇的解決方案是將多個不同的裸芯片封裝成一體，從而產(chǎn)生了系統(tǒng)級封裝。以上表述多方面明確了SIP的內(nèi)涵概念，基于系統(tǒng)化設(shè)計思想的SIP方案是富有創(chuàng)意的，所涉及到芯片、系統(tǒng)、材料、封裝等諸多層面問題，涵蓋十分廣泛，是一個較寬泛的指稱，將會隨其技術(shù)的發(fā)展而擴充完善。SIP的優(yōu)勢特性SIP技術(shù)已有若干重要突破，架構(gòu)上將芯片平面置放改為堆疊式封裝的精、密度增加，性能大大提高，代表著封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢，在多方面存在極大的優(yōu)勢特性，現(xiàn)大體歸納如下：SIP采用一個封裝來完成一個系統(tǒng)目標(biāo)產(chǎn)品的全部互連以及功能和性能參數(shù)，可同時利用引線鍵合與倒裝焊互連以及別的IC芯片直接內(nèi)連技術(shù)；封面積比增大，SIP在同一封裝中疊加兩個或更多的芯片，把Z方向的空間也利用起來，又不必增加封裝引腳，兩芯片疊裝在同一殼內(nèi)的封裝與芯片面積比增加到170%，三芯片疊裝可增至250%；在物理尺寸上必定是小的，例如，SIP封裝體的厚度不斷減少，最先進的技術(shù)可實現(xiàn)五層堆疊芯片只有1.0mm厚的超薄封裝，三疊層芯片封裝的重量減輕35%；SIP可實現(xiàn)不同工藝，材料制作的芯片封裝形成一個系統(tǒng)，有很好的兼容性，并可實現(xiàn)嵌入集成化無源元件的夢幻組合，無線電和便攜式電子整機中現(xiàn)用的無源元件至少可被嵌入30-50%,甚至可將Si、GaAs、InP的芯片組合一體化封裝；SIP可提供低功耗和低噪聲的系統(tǒng)級連接，在較高的頻率下工作可以獲得較寬的帶寬，幾乎與SOC相等的總線帶寬；元件集成封裝在統(tǒng)一的外殼結(jié)構(gòu)中，可使總的焊點大為減少，也縮短了元件的連線路程，從而使電性能得以提高；縮短產(chǎn)品研制和投放市場的周期，SIP在對系統(tǒng)進行功能分析和劃分后，可充分利用商品化生產(chǎn)的芯片資源，經(jīng)過合理的電路互連結(jié)構(gòu)及封裝設(shè)計，易于修改、生產(chǎn)，力求以最佳方式和最低成本達到系統(tǒng)的設(shè)計性能，無需像SOC那樣進行版圖級布局布線，從而減少了設(shè)計、驗證、調(diào)試的復(fù)雜性與系統(tǒng)實現(xiàn)量產(chǎn)的時間，可比SOC節(jié)省更多的系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)費用，投放市場的時間至少可減少1/4；采取多項技術(shù)措施，確保SIP具有良好的抗機械和化學(xué)侵害的能力以及高可靠性。毫無疑問，SIP與SOC、多芯片組件MCM等有很多驚人的相似之處，分別提供實現(xiàn)不同級別電子系統(tǒng)的變通方法，盡管存在區(qū)別但并不是相互對立的技術(shù)，而是相輔相成適應(yīng)市場的需求。SOC面臨多項制約，如研發(fā)成本高，設(shè)計周期長，驗證及生產(chǎn)工藝復(fù)雜等，在某些情況下是最佳選擇，但絕不是所有系統(tǒng)級集成的唯一選擇，多用于相對高端的市場，MCM將兩個以上裸芯片和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)構(gòu)成高密度功能電子組件、部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，多采用混合集成技術(shù)，主要應(yīng)用于有高可靠性要求而不太計較價格因素的高性能的電子領(lǐng)域中。與此相反，SIP是針對某個系統(tǒng)進行功能劃分，選擇優(yōu)化的IC芯片及元件來實現(xiàn)這些功能，采用成熟的高密度互連技術(shù)與單芯片封裝相同或相似的設(shè)備、材料、工藝技術(shù)制作生產(chǎn)，在封裝中構(gòu)成系統(tǒng)級集成，提高性能的同時降低成本，以其很高的性價比應(yīng)用于中端市場。SIP的很多優(yōu)勢特性逐漸顯露出來，所提出的最終目標(biāo)是要研發(fā)獲得能夠靈活地將無源和有源元器件完全封裝集成到一起構(gòu)成系統(tǒng)的新技術(shù)。SIP產(chǎn)品架構(gòu)SIP以滿足手機等便攜式電子整機產(chǎn)品的體積不斷減小，功能日趨復(fù)雜的要求為發(fā)展契機，市場上已出現(xiàn)多種SIP產(chǎn)品架構(gòu)，首次應(yīng)用是將一個2Mb的SRAM和一個16Mb的閃存芯片疊加在一個封裝中，實現(xiàn)EEPROM功能，用于手機。此后，很多頂級半導(dǎo)體廠商推出SIP疊層式存儲器，可使小空間更快地存儲更多數(shù)據(jù)，支持手機添加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、數(shù)相機、娛樂、超小型PC等多種功能。Intel最先進的SIP技術(shù)可以讓五層堆疊的閃存芯片達到1.0mm薄的超薄封裝，已推出的5種產(chǎn)品具有X16和X32總線寬度以及SRAM、PSRAM、LP-SDRAM功能，存儲容量可達1Gb，芯片采用多極單元MLC技術(shù)與0.13pm工藝制造。開發(fā)出六片芯片SIP，其上部為四個芯片，底部是兩個芯片，尺寸大小為15x11x1.4mm，進一步支持手機的存儲容量越來越大的需要。在單塊存儲卡上SIP集成多個閃存芯片，將使手持設(shè)備能夠存儲數(shù)十分鐘長度的DVD視頻，成千上萬的高分辨率圖像，超過30小時的數(shù)字音樂，或者數(shù)千兆的數(shù)據(jù)文件等信息，現(xiàn)在閃存芯片發(fā)展到0.09pm工藝，0.07pm和0.05pm的新一代工藝技術(shù)也已開始研發(fā)，有什么樣的芯片，就需要相適應(yīng)的封裝，從過去的單一封裝殼體演變成與被封裝體不可分割的一部分，封裝已涉及到被封裝體內(nèi)，IC生產(chǎn)流程的集中整合和繼續(xù)垂直細分的趨勢同時存在，兩種截然相反的發(fā)展最終取決于生產(chǎn)體系的成本最小化因素。從早期的將兩個、三個或更多存儲芯片疊裝在同一殼體內(nèi)，滿足高速數(shù)據(jù)速率的存儲帶寬的需求外，擴展到把不同種類芯片疊裝到一個殼內(nèi)，開發(fā)包括數(shù)字信號處理器DSP+SRAM+閃存，專用集成電路ASIC+存儲器，數(shù)字+模擬十射頻，微控制器+存儲器等其它的SIP應(yīng)用?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)大都需要完成兩種類型的運算，因而需要采用雙處理器的CPU+DSP解決方案，DSP用于完成語音、圖像、視頻、音頻信號的重復(fù)性復(fù)雜性運算的實時處理，CPU剛用于完成電源管理，人機界面協(xié)議棧操作，易于實現(xiàn)靈活控制，兩者各有短長，有融合的趨勢，兩個核封裝在一起，或?qū)SP的內(nèi)核移植到單片PCU中的SOC集成。SIP智能功率器件將系統(tǒng)的控制部分和功率場效應(yīng)MOS晶體管及驅(qū)動、保護、輔助電路等，融合于緊湊、性能強勁的絕緣式封裝內(nèi)。在1.6x1.6x0.6mm的SOT553/563單封裝內(nèi)集成多個瞬變電壓抑制元件，形成微型封裝集成瞬態(tài)電壓保護器件，減少占用電路板空間達36%，降低厚度40%。對SIP產(chǎn)品架構(gòu)方式的研發(fā)集中在片對片、片疊片、封裝在超薄型外殼內(nèi)再垂直疊放、襯底直焊等方面，芯片之間多數(shù)采用周邊互連，某些是用陣列式互連，也有采用直接式；間接式兩大類的互連，或晶圓級超級減薄露出內(nèi)連柱及鍵合形成的互連，作為有系統(tǒng)功能的整體IC應(yīng)用，但又不是一個單一的芯片。SIP最張揚的架構(gòu)是可以在封裝內(nèi)封裝集成無源元件，首先將無源元件小型化及集成化后，再封裝在統(tǒng)一的封裝結(jié)構(gòu)中，有一種簡化結(jié)構(gòu)：基板20mm2,厚2mm，中心挖凹槽，以便鑲嵌一個約10mm見方、0.3mm薄的IC芯片（開凹槽可以降低總體厚度，降低厚度對于整機產(chǎn)品設(shè)計是非常關(guān)鍵的要求），芯片上方與基板平齊，下方與基板之間充填10pm厚的環(huán)氧樹脂作膠接劑；芯片上方排列著100個直徑為67pm的接點，其間充填聚酰亞胺；接點上方制成各種電容、電阻及銅導(dǎo)體，它們之間以環(huán)氧樹脂絕緣。封裝內(nèi)無源元件的集成化有LTCC和低溫共燒鐵氧體LTCF等技術(shù)，分別形成集成電容器、電阻器、電感器、平面變壓器、EMI濾波器和EMI磁珠陣列等無源元件的陶瓷基板、磁性基板，盡可能多地將各種無源元件集成在一個單獨的封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，與在多層印制電路板中埋置無源元件、無源元件制作在硅芯片上同步發(fā)展。Philips的BGBI02體現(xiàn)了全新的SIP，在一個傳統(tǒng)的超小型6x6mmHVQFN封裝中結(jié)合了有源和無源元器件，綜合了所有的射頻組件，如收發(fā)器、平衡/不平衡變換器、切換和天線濾波器等，極大地簡化了藍牙應(yīng)用的開發(fā)和生產(chǎn)。有一種2.4GHz的SIP產(chǎn)品，將射頻、8051MCU、9通道12位。A/DC、外圍元件、電感和濾波器全部集合在尺寸6x6mm的QFN封裝中。還開發(fā)出存儲器與基帶IC的集合架構(gòu)，在一個封裝中集成了ASIC、CPU、同步DRAM、閃存各一片。SIP的相關(guān)技術(shù)SIP是IC產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展中的知識、技術(shù)、方法相互滲透交融，綜合應(yīng)用的結(jié)果，最大限度地靈活利用各種不同芯片資源和封裝互連優(yōu)勢，盡可能地提高性能，降低成本，在做深做透的研發(fā)過程中涉及到多種技術(shù)問題，相關(guān)技術(shù)包括熱設(shè)計，I/O口的重分布，減薄大規(guī)模IC芯片的背面厚度，若干芯片的層疊組裝和高密集互連技術(shù)等。在封裝設(shè)計中，熱設(shè)計是重要環(huán)節(jié)之一，熱失效已成為封裝失效的主要因素，占50%以上。對于SIP而言，系統(tǒng)的熱耗散問題也是至關(guān)緊要的，能否迅速散熱制約著設(shè)計的成敗，在設(shè)計SIP時，必須事先仿真由系統(tǒng)功耗引起的溫度分布狀況和熱傳遞過程，以數(shù)值模擬為手段，預(yù)測器件的傳熱特性，分析其對系統(tǒng)各方面的影響，并研究相應(yīng)的散熱處理方法，例如，采用導(dǎo)熱性能好的材料，或減少基板厚度，不使芯片產(chǎn)生熱失效所允許的輸人功率耗散密度。SIP的片間總線性能已成為提高系統(tǒng)內(nèi)部總線帶寬的關(guān)鍵，SIP內(nèi)部芯片間采用的是非復(fù)用總線，使輸入和輸出路徑分開，有豐富的連線資源，靠得很近的芯片減少了片間總線長度及電容，擴展片間連線的信號位數(shù)，提高工作頻率。同時在片間也可以采用現(xiàn)有成熟的系統(tǒng)總線標(biāo)準作為折衷方案，使IC芯片不經(jīng)過大的改動即可應(yīng)用，設(shè)計出適合SIP的片內(nèi)總線和片間總線，能獲得很高的效益，系統(tǒng)總線傳輸數(shù)據(jù)的帶寬與時鐘頻率f，數(shù)據(jù)寬度W成正比。在封裝襯底信號層上的布線和對引腳的某些線路的重新布置，即可簡化芯片引腳與襯底的連接，互連線的延遲現(xiàn)象對于系統(tǒng)的設(shè)計有相當(dāng)大的影響。先進的封裝技術(shù)要求芯片的厚度不斷減薄，已制作圖形晶圓的背面減薄是封裝制造過程中的極為重要的工序，超精密磨削、研磨、拋光、腐蝕作為硅晶圓背面減薄工藝獲得廣泛應(yīng)用，減薄后的芯片可提高熱發(fā)散效率、機械性能、電性能、減小芯片封裝體積，減輕劃片加工量。目前，^200mm已制作電路圖形晶片的減薄水平是0.12-0.15mm，^300mm晶片要達到這一水平還需要采用化學(xué)機械拋光、等離子腐蝕、先劃片（半切割，切入晶圓后還剩下200pm）后研磨等技術(shù)，今后的發(fā)展趨勢是達到0.05mm以下的厚度。硅晶片上電路層的有效厚度一般為5-10pm,為保證其功能，并有一定的支撐厚度，晶片的減薄極限為20-30pm。占總厚度90%左右的晶片是為保證在芯片制造、測試、運送過程中有足夠的強度，^300mm晶片的平均厚度為775pm，^200mm晶片為725pm，因此，在電路層制作完成后，需要對其進行背面減薄，晶片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應(yīng)力也越小。在兩個疊層芯片之間加入隔離層薄膜后的柱狀互連也可滿足布線要求，各層均敷銅箔并刻蝕出布線圖形，制作互連通孔并金屬化，然后疊層。超薄設(shè)計將具有粘接性熱塑樹脂用作絕緣層的柔性底板（單層布線）中介層來使用，極薄柔性底板把芯片包起來，形成柔性底板夾著芯片的''夾層結(jié)構(gòu)〃，即使芯片厚度減薄到100pm以下，也不會使芯片受到過大的外力，在不損壞芯片的情況下就能將封裝層疊起來，在lmm的封裝高度內(nèi)可嵌人5個芯片。為實現(xiàn)高速連接，必須仔細設(shè)計薄膜互連線路。封裝發(fā)展趨勢表明，封裝設(shè)計自動化是個新興的技術(shù)領(lǐng)域，高性能的芯片設(shè)計越來越多地采用芯片倒裝技術(shù)，是SIP與集成的關(guān)鍵技術(shù)，通過芯片和襯底之間的電氣連接，可直接把裸芯片襯底封裝在一起，封裝與芯片設(shè)計的整合是不可避免的。前景SIP綜合運用現(xiàn)有的芯片資源及多種先進封裝技術(shù)的優(yōu)勢，有機結(jié)合起來由幾個芯片組成的系統(tǒng)構(gòu)筑而成的封裝，開拓了一種低成本系統(tǒng)集成的可行思路與方法，較好地解決了SOC中諸如工藝兼容、信號混合、電磁干擾EMI、芯片體積、開發(fā)成本等問題，在移動通信、藍牙模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機及外設(shè)、數(shù)碼產(chǎn)品、圖像傳感器等方面有很大的市場需求量。所Semico公司報道，世界SIP營銷收入將從2002年的8200萬美元增長到2007年的7.48億美元，年均增長率達55.6%。日本新近預(yù)測，2007年世界有關(guān)應(yīng)用SIP技術(shù)的LSI市場可望達1.2萬億日元，這是根據(jù)同期系統(tǒng)LSI的1/5可利用SIP技術(shù)計算而得的。東芝的SIP目標(biāo)是把移動電話的全部功能組合到一個封裝內(nèi)，Rohm大量生產(chǎn)用于PC機的SIP，Amkor公司月產(chǎn)百萬塊用于高頻通信及存儲器SIP。中國臺灣封裝大廠正積極發(fā)展SIP，與韓國一爭高低。研究者發(fā)現(xiàn)：SIP技術(shù)需要克服的障礙不在于缺乏應(yīng)用，也不是生產(chǎn)廠商不樂意采用這項技術(shù)，而是成品率問題。在IC產(chǎn)業(yè)大投資、大發(fā)展之際。國內(nèi)一些知名高校在211建設(shè)中，均將芯片封裝和MEMS技術(shù)列為重點學(xué)科發(fā)展方向，應(yīng)多方關(guān)注SIP技術(shù)研發(fā)動向，予以充分重視，有選擇性地中西貫通。SIP:單列直插式封裝.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.ZIP:Z型引腳直插式封裝.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.S-DIP:收縮雙列直插式封裝.該類型的引腳在芯片兩側(cè)排列，引腳節(jié)距為1.778mm,芯片集成度高于DIP.SK-DIP:窄型雙列直插式封裝.除了芯片的寬度是DIP的1/2以外，其它特征與DIP相同.PGA:針柵陣列插入式封裝.封裝底面垂直陣列布置引腳插腳，如同針柵.插腳節(jié)距為2.54mm或1.27mm，插腳數(shù)可多達數(shù)百腳.用于高速的且大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路.SOP:小外型封裝.表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，字母L狀.引腳節(jié)距為1.27mm.MSP:微方型封裝.表面貼裝型封裝的一種，又叫QFI等,引腳端子從封裝的四個側(cè)面引出,呈I字形向下方延伸,沒有向外突出的部分，實裝占用面積小，引腳節(jié)距為1.27mm.QFP:四方扁平封裝.表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，呈L字形,弓|腳節(jié)距為1.0mm,0.8mm,0.65mm,0.5mm,0.4mm,0.3mm,引腳可達300腳以上.SVP:表面安裝型垂直封裝.表面貼裝型封裝的一種,引腳端子從封裝的一個側(cè)面引出,引腳在中間部位彎成直角，彎曲引腳的端部與PCB鍵合，為垂直安裝的封裝.實裝占有面積很小.引腳節(jié)距為0.65mm,0.5mm.LCCC:無引線陶瓷封裝載體.在陶瓷基板的四個側(cè)面都設(shè)有電極焊盤而無引腳的表面貼裝型封裝.用于高速,高頻集成電路封裝.PLCC:無引線塑料封裝載體.一種塑料封裝的LCC.也用于高速,高頻集成電路封裝.SOJ:小外形J引腳封裝.表面貼裝型封裝的一種，引腳端子從封裝的兩個側(cè)面引出，呈J字形，引腳節(jié)距為1.27mm.BGA:球柵陣列封裝.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.焊球的節(jié)距通常為1.5mm,1.0mm,0.8mm,與PGA相比,不會出現(xiàn)針腳變形問題.CSP:芯片級封裝.一種超小型表面貼裝型封裝，其引腳也是球形端子，節(jié)距為0.8mm,0.65mm,0.5mm等.TCP:帶載封裝.在形成布線的絕緣帶上搭載裸芯片，并與布線相連接的封裝.與其他表面貼裝型封裝相比，芯片更薄,引腳節(jié)距更小，達0.25mm，而引腳數(shù)可達500針以上.柔性基片CSP硬質(zhì)基片CSP引線框架CSP圓片級CSP疊層CSP柔性基片CSP柔性基片CSP的IC載體基片是用柔性材料制成的，主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多層金屬布線。采用TAB鍵合的CSP，使用周邊焊盤芯片。硬質(zhì)基片CSP硬質(zhì)基片CSP的IC載體基片是用多層布線陶瓷或多層布線層壓樹脂板制成的。引線框架CSP引線框架CSP，使用類似常規(guī)塑封電路的引線框架，只是它的尺寸要小些，厚度也薄，并且它的指狀焊盤伸人到了芯片內(nèi)部區(qū)域。引線框架CSP多采用引線鍵合（金絲球焊）來實現(xiàn)芯片焊盤與引線框架CSP焊盤的連接。它的加工過程與常規(guī)塑封電路加工過程完全一樣，它是最容易形成規(guī)模生產(chǎn)的。圓片級CSP圓片級CSP，是先在圓片上進行封裝，并以圓片的形式進行測試，老化篩選，其后再將圓片分割成單一的CSP電路。疊層CSP把兩個或兩個以上芯片重疊粘附在一個基片上，再封裝起來而構(gòu)成的CSP稱為疊層CSP。在疊層CSP中，如果芯片焊盤和CSP焊盤的連接是用鍵合引線來實現(xiàn)的，下層的芯片就要比上層芯片大一些，在裝片時，就可以使下層芯片的焊盤露出來，以便于進行引線鍵合。在疊層CSP中，也可以將引線鍵合技術(shù)和倒裝片鍵合技術(shù)組合起來使用。如上層采用倒裝片芯片，下層采用引線鍵合芯片。BGA封裝經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)進入實用化階段，目前已成為最熱門的封裝。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對集成電路的封裝要求越來越嚴格。這是因為封裝關(guān)系到產(chǎn)品的性能，當(dāng)IC的頻率超過100MHz時，傳統(tǒng)封裝方式可能會產(chǎn)生所謂的交調(diào)噪聲"Cross-TalkNoise”現(xiàn)象，而且當(dāng)IC的管腳數(shù)大于208腳時，傳統(tǒng)的封裝方式有其難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片皆轉(zhuǎn)而使用BGA封裝°BGA—出現(xiàn)便成為CPU、高引腳數(shù)封裝的最佳選擇。BGA封裝的器件絕大多數(shù)用于手機、網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備、數(shù)碼相機、微機、筆記本計算機、PAD和各類平板顯示器等高檔消費市場。BGA封裝的優(yōu)點有：1.輸入輸出引腳數(shù)大大增加，而且引腳間距遠大于QFP，加上它有與電路圖形的自動對準功能，從而提高了組裝成品率；2.雖然它的功耗增加，但能用可控塌陷芯片法焊接，它的電熱性能從而得到了改善，對于集成度很高和功耗很大的芯片，采用陶瓷基板，并在外殼上安裝微型排風(fēng)扇散熱，從而可達到電路的穩(wěn)定可靠工作；3.封裝本體厚度比普通QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上；4.寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；5.組裝可用共面焊接，可靠性高。5.功率集成電路封裝小型化已成為可能BGA封裝的不足之處：BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大；塑料BGA封裝的翹曲問題是其主要缺陷，即錫球的共面性問題。共面性的標(biāo)準是為了減小翹曲，提高BGA封裝的特性，應(yīng)研究塑料、粘片膠和基板材料，并使這些材料最佳化。同時由于基板的成本高，而使其價格很高。集成電路封裝的發(fā)展趨勢大體有以下幾個方面：表面安裝式封裝將成為集成電路封裝主流集成電路的表面安裝結(jié)構(gòu)是適應(yīng)整機系統(tǒng)的需要而發(fā)展起來的，主要是因為電子設(shè)備的小型化和輕量化，要求組裝整機的電子元器件外形結(jié)構(gòu)成為片式，使其能平貼在預(yù)先印有焊料膏的印制線路板焊盤上，通過再流焊工藝將其焊接牢固。集成電路封裝將具有更多引線、更小體積和更高封裝密度，這種作法能夠縮小電子設(shè)備的體積，減輕重量，而且這些元器件的引線很短，可以提高組裝速度和產(chǎn)品性能，并使組裝能夠柔性自動化。塑料封裝仍然是集成自路的主要封裝形式，塑料模塑封裝具有成本低、工藝簡單和便于自動化生產(chǎn)等優(yōu)點，雖然在軍用集成電路標(biāo)準中明文規(guī)定，封裝結(jié)構(gòu)整體不得使用任何有機聚合物材料，但是目前在集成電路總量中，仍有85%以上采用塑料封裝。直接粘結(jié)式封裝將取得更大發(fā)展，所謂直接粘結(jié)式封裝就是將集成電路芯片直接粘結(jié)在印制線路板或覆有金屬引線的塑料薄膜的條帶上，通過倒裝壓焊等組裝工藝，然后用有機樹脂點滴形加以覆蓋。1.這種作法不僅能夠縮小電子設(shè)備的體積，減輕重量，而且這些元器件的引線很短，可以提高組裝速度和產(chǎn)品性能，并使組裝能夠柔性自動化。 表面安裝式封裝一般指片式載體封裝、小外形雙列封裝和四面引出扁平封裝等形式，這類封裝的出現(xiàn)，無疑是集成電路封裝技術(shù)的一大進步。隨著超大規(guī)模和特大規(guī)模集成電路的問世，集成電路芯片變得越來越大，其面積可達7mmx7mm，封裝引出端可在數(shù)百個以上，并要求高速度、超高頻、低功耗、抗輻照，這就要求封裝必須具有低應(yīng)力、高純度、高導(dǎo)熱和小的引線電阻、分布電容和寄生電感，以適應(yīng)更多引線、更小體積和更高封裝密度的要求。 要想縮小封裝體積，增加引線數(shù)量.唯一的辦法就是縮小封裝的引線間距。一個40線的雙列式封裝要比68線的H式載體封裝的表面積大20%，其主要區(qū)別就是引線目距由2.54mm改變自1.27mm或1.00cmm。不難想像，如果引線間距進而改變?yōu)?.80mm，O.65mm甚至050mm，則封裝的表面積還會太大地縮小。但是為了縮小引線間距，這勢必帶來