電子封裝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

電子封裝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨向

現(xiàn)代電子信息技術(shù)飛快發(fā)展,電子產(chǎn)品向小型化、便攜化、多功

能化方向發(fā)展.電子封裝資料和技術(shù)使電子器件最后成為有功能的產(chǎn)

品.現(xiàn)已研發(fā)出多種新式封裝資料、技術(shù)和工藝.電子封裝正在與電子設(shè)計和制造一同,共同推進(jìn)著信息化社會的發(fā)展

一．電子封裝資料現(xiàn)狀最近幾年來,封裝資料的發(fā)展向來體現(xiàn)迅速增加的態(tài)勢

料用于承載電子元器件及其連結(jié)線路,并擁有優(yōu)秀的電絕緣性

.

.

電子封裝材

封裝

對芯片擁有機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)作用,對器件和電路的熱性能和靠譜性起

側(cè)重要作用.理想的電子封裝資料一定知足以下基本要求:1)高熱導(dǎo)率,

低介電常數(shù)、低介電消耗,有較好的高頻、高功任性能;2)熱膨脹系數(shù)

(CTE)與Si或GaAs芯片般配,防止芯片的熱應(yīng)力破壞;3)有足夠的強(qiáng)度、

剛度,對芯片起到支撐和保護(hù)的作用;4)成本盡可能低,知足大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的要求

;5)

密度盡可能小

(

主要指航空航天和

挪動通訊設(shè)施),并擁有電磁障蔽和射頻障蔽的特征。電子封裝資料主

要包含基板、布線、框架、層間介質(zhì)和密封資料.

1.1基板

高電阻率、高熱導(dǎo)率和低介電常數(shù)是集成電路對封裝用基片的最

基本要求,同時還應(yīng)與硅片擁有優(yōu)秀的熱般配、易成型、高表面平坦

度、易金屬化、易加工、低成本并擁有必定的機(jī)械性能電子封裝基片

資料的種類好多,包含:陶瓷、環(huán)氧玻璃、金剛石、金屬及金屬基復(fù)合

資料等.陶瓷

陶瓷是電子封裝中常用的一種基片資料,擁有較高的絕緣性能和

優(yōu)秀的高頻特征,同時線膨脹系數(shù)與電子元器件特別鄰近,化學(xué)性能

特別穩(wěn)固且熱導(dǎo)率高跟著美國、日本等發(fā)達(dá)國家接踵研究并推出疊片

多層陶瓷基片,陶瓷基片成為現(xiàn)在世界上寬泛應(yīng)用的幾種高技術(shù)陶瓷

之一當(dāng)前已投人使用的高導(dǎo)熱陶瓷基片資料有A12q,AIN,SIC和B或)

等.

環(huán)氧玻璃

環(huán)氧玻璃是進(jìn)行引腳和塑料封裝成本最低的一種,常用于單層、

雙層或多層印刷板,是一種由環(huán)氧樹脂和玻璃纖維(基礎(chǔ)資料)構(gòu)成的

復(fù)合資料.此種資料的力學(xué)性能優(yōu)秀,但導(dǎo)熱性較差,電性能和線膨脹

系數(shù)般配一般.因?yàn)槠鋬r錢便宜,因此在表面安裝(SMT)中獲取了寬泛

應(yīng)用.

金剛石

天然金剛石擁有作為半導(dǎo)體器件封裝所必要的優(yōu)秀的性能,如高

熱導(dǎo)率(200W八m·K),25oC)、低介電常數(shù)(5.5)、高電阻率(1016n·em)

和擊穿場強(qiáng)(1000kV/mm).從20世紀(jì)60年月起,在微電子界利用金剛

石作為半導(dǎo)體器件封裝基片,并將金剛石作為散熱資料,應(yīng)用于微波

雪崩二極管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越時間二極管)和激光器,提升

了它們的輸出功率.可是,受天然金剛石或高溫高壓下合成金剛石昂

貴的價錢和尺寸的限制,這類技術(shù)沒法大規(guī)模推行.

金屬基復(fù)合資料為認(rèn)識決單調(diào)金屬作為電子封裝基片資料的弊端,人們研究和開

發(fā)了低膨脹、高導(dǎo)熱金屬基復(fù)合資料.它與其余電子封裝資料對比,

能夠經(jīng)過改變加強(qiáng)體的種類、體積分?jǐn)?shù)、擺列方式,基體的合金成分

或熱辦理工藝實(shí)現(xiàn)資料的熱物理性能設(shè)計;也能夠直接成型,節(jié)儉材料,降低成本

.

用于封裝基片的金屬基復(fù)合資料主要為

Cu

基和

Al

基復(fù)合

資料

1.2布線資料

導(dǎo)體布線由金屬化過程達(dá)成.基板金屬化是為了把芯片安裝在基板上和使芯片與其余元器件相連結(jié).為此,要求布線金屬擁有低的電阻率和氣的可焊性,并且與基板接合堅固.金屬化的方法有薄膜法和厚膜法,前者由真空蒸鍍、濺射、電鍍等方法獲取,后者由絲網(wǎng)印刷、涂布等方法獲取.薄膜導(dǎo)體資料應(yīng)知足以下要求:電阻率低;與薄膜元件接觸電阻

小,不產(chǎn)生化學(xué)反響和互相擴(kuò)散;易于成膜和光刻、線條精美;抗電遷徙能力強(qiáng);與基板附著強(qiáng)度高,與基板熱膨脹系數(shù)般配好;

可焊性好,擁有優(yōu)秀的穩(wěn)固性和耐蝕性;成本低,易成膜及加工.Al是

半導(dǎo)體集成電路中最常用的薄膜導(dǎo)體資料,其弊端是抗電子遷徙能力

差.Cu導(dǎo)體是最近幾年來多層布線中寬泛應(yīng)用的資料.Au,Ag,NICrAu,Ti-Au,Ti-Pt-Au等是主要的薄膜導(dǎo)體.為降低成本,

最近幾年來采納Cr-Cu-Au,Cr-Cu-Cr,Cu-Fe-Cu,Ti-Cu-Ni-Au等做導(dǎo)體薄

膜.

1.3層間介質(zhì)

介質(zhì)資料在電子封裝中起側(cè)重要的作用,如保護(hù)電路、隔絕絕緣和防備信號失真等.它分為有機(jī)和無機(jī)2種,前者主要為聚合物,后者

為SiO2:,Si3N4和玻璃.多層布線的導(dǎo)體間一定絕緣,所以,要求介質(zhì)有高的絕緣電阻,低的介電常數(shù),膜層致密.

厚膜多層介質(zhì)

厚膜多層介質(zhì)要求膜層與導(dǎo)體相容性好,燒結(jié)時不與導(dǎo)體發(fā)生化學(xué)反響和嚴(yán)重擴(kuò)散,多次燒結(jié)不變形,介質(zhì)層與基板、導(dǎo)體附著堅固,

熱膨脹系數(shù)與基板、導(dǎo)體相般配,合適絲網(wǎng)印刷.

薄膜介質(zhì)分以下3種:

(1)玻璃一陶瓷介質(zhì)既除去了陶瓷的多孔構(gòu)造,又戰(zhàn)勝了玻璃的過流現(xiàn)象,每次燒結(jié)陶瓷都能漸漸溶于玻璃中,提升了玻璃的融化溫度,合適多次燒結(jié).(2)微晶玻璃.(3)聚合物.薄膜多層介質(zhì)薄膜多層介質(zhì)能夠經(jīng)過CVD法、濺射和真空蒸鍍等薄膜工藝實(shí)現(xiàn),也能夠由Si的熱氧化形成5102介質(zhì)膜.有機(jī)介質(zhì)膜主假如聚酞

亞胺(PI)類,它經(jīng)過施轉(zhuǎn)法進(jìn)行涂布,利用液態(tài)流動形成平展化結(jié)

構(gòu),加熱固化成膜,刻蝕成各樣圖形.此方法簡單、安全性強(qiáng).因?yàn)?/p>

Pl的介電常數(shù)低、熱穩(wěn)固性好、耐侵害、平展化好,且原料價廉,

內(nèi)應(yīng)力小,易于實(shí)現(xiàn)多層化,便于元件微細(xì)化,成品率高,合適多層

布線技術(shù),當(dāng)前外國對聚合物在封裝中的應(yīng)用進(jìn)行了大批研究

1.4密封資料

電子器件和集成電路的密封資料主假如陶瓷和塑料.最早用于封裝

的資料是陶瓷和金屬,跟著電路密度和功能的不停提升,對封裝技術(shù)提

出了更多更高的要求,同時也促使了封裝資料的發(fā)展.即從過去的金屬

和陶瓷封裝為主轉(zhuǎn)向塑料封裝.到現(xiàn)在,環(huán)氧樹脂系密封資料占

整個電路基板密封資料的90%左右.

二．電子封裝技術(shù)的現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年月從前,全部的電子封裝都是面向器件的,到20世

紀(jì)90年月出現(xiàn)了MCM,能夠說是面向零件的,封裝的觀點(diǎn)也在變化.它不再是一個有源元件,而是一個有功能的零件.所以,現(xiàn)代電子封裝應(yīng)當(dāng)

是面向系統(tǒng)或整機(jī)的.發(fā)展電子封裝,即要使系統(tǒng)小型化,高性能、高可

靠和低成本.電子封裝已經(jīng)發(fā)展到了新階段,同時給予了很多新的技術(shù)內(nèi)

容.以下是現(xiàn)代電子封裝所波及的幾種主要的先進(jìn)封裝技術(shù)

2.1球柵陣列封裝

該技術(shù)采納多層布線襯底,引線采納焊料球構(gòu)造,與平面陣列

(PGA)(見圖1)和四邊引線扁平封裝(QFP)(見圖2)對比,其長處為互

連密度高,電、熱性能優(yōu)秀,并且可采納表面安裝技術(shù),引腳節(jié)距為

1.27mm或更小.因?yàn)槎鄬硬季€襯底的不一樣,可有不一樣種類的球柵陣列

封裝

2,2芯片級封裝

這是為提升封裝密度而發(fā)展起來的封裝.其芯片面積與封裝面積之

比大于80%.封裝形式主要有芯片上引線(LOC),BGA(microBGA)和面陣

列(I一GA)等,是提升封裝效率的有效門路.當(dāng)前,主要用于靜態(tài)儲存器

(SRAM)、動向隨機(jī)存取儲存器(DRAM)、管腳數(shù)不多的專用集成電

路(ASIC)和辦理器.它的長處主假如測試、裝架、組裝、維修和標(biāo)準(zhǔn)化等.

2.3直接鍵接芯片技術(shù)

這是一種把芯片直接鍵接到多層襯底或印制電路板上的先進(jìn)技

術(shù),一般有3種方法:引線鍵合法、載帶自動鍵合法和倒裝焊料接合法.

第1種方法和當(dāng)前的芯片工藝相容,是寬泛采納的方法,爾后者發(fā)源于

IBM,是最有吸引力和成本最低的方法.

2.4倒裝法

這是一種把芯片電極與襯底連結(jié)起來的方法,將芯片的有源面電極

做成凸點(diǎn),使芯片倒裝,再將凸點(diǎn)和襯底的電極連結(jié).過去凸點(diǎn)制作采納半導(dǎo)體工藝.當(dāng)前,最有名的是焊料凸點(diǎn)(Solderbump)制作技術(shù),

該技術(shù)是把倒裝芯片和互連襯底靠可控的焊料塌陷連結(jié)在一同,能夠

減少整體尺寸30%~50%,電性能改良10%~30%,并擁有高的性能和靠譜

性.

三．行業(yè)遠(yuǎn)景展望

在金屬陶瓷方面,