集成电路封装的发展现状及趋势

1、 序号：39集成电路封装的发展现状及趋势姓名：张荣辰学号级：电科本1303科目：微电子学概论二一五年 12 月13 日集成电路封装的发展现状及趋势摘要：随着全球集成电路行业的不断发展，集成度越来越高，芯片的尺寸不断缩小，集成电路封装技术也在不断地向前发展，封装产业也在不断更新换代。 我国集成电路行业起步较晚，国家大力促进科学技术和人才培养，重点扶持科学技术改革和创新，集成电路行业发展迅猛。而集成电路芯片的封装作为集成电路制造的重要环节，集成电路芯片封装业同样发展迅猛。得益于我国的地缘和成本优势，依靠广大市场潜力和人才发展，集成电路封装在我国拥有得天独厚的发展条件，已成

2、为我国集成电路行业重要的组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。近年来国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装发展具有巨大的潜力。下面就集成电路封装的发展现状及未来的发展趋势进行论述。关键词：集成电路封装、封装产业发展现状、集成电路封装发展趋势。一、引言晶体管的问世和集成电路芯片的出现，改写了电子工程的历史。这些半导体元器件的性能高，并且多功能、多规格。但是这些元器件也有细小易碎的缺点。为了充分发挥半导体元器件的功能，需要对其进行密封、扩大，以实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等方面的保护，防止外力或环境因素导致的破坏。“封装”的概念正事在此基础上出现的。二、

3、集成电路封装的概述集成电路芯片封装（Packaging，PKG）是指利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连线，引出接线端并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。此概念称为狭义的封装。集成电路封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。封装为芯片提供了一种保护，人们平时所看到的电子设备如计算机、家用电器、通信设备等中的集成电路芯片都是封装好的，没有封装的集成电路芯片一般是不能直接使用的。集成电路封装的种类按照外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、贴片型和高级封装。引脚插入型有D

4、IP、SIP、S-DIP、SK-DIP、PGADIP：双列直插式封装；引脚在芯片两侧排列，引脚节距2.54mm，有利于散热，电气性好。SIP：单列直插式封装；引脚在芯片单侧排列，引脚节距等特征与DIP基本相同。S-DIP：收缩双列直插式封装；该类型的引脚在芯片两侧排放，引脚节距为1.778mm，芯片集成度高于DIP。SK-DIP：窄型双列直插式封装；芯片的宽度是DIP的二分之一，其他特征与DIP相同。PGA：针栅阵列插入式封装；封装底面垂直阵列布置引脚插脚，插脚节距为2.54mm或1.27mm，插脚数可达数百脚。用于高速且大规模或超大规模的集成电路。贴片型有SOP、TSOP-1、TSOP-2、

5、SSOP、QFP、SOJ、PLCC等。SOP：最常用的贴片器件。标称尺寸分为：150mil、225mil、300mil、450mil、525mil、600mil。常用的有150mil、300mil、450mil。脚间距均为1.27mm，引脚数<16时其标称尺寸一般为150mil，引脚数=20时其标称尺寸分为225mil和300mil两种。宽度为225mil的俗称窄体，宽度为300mil的俗称宽体。TSOP-1：标称尺寸不做要求，脚间距为0.65mm和0.80mm两种。该封装厚度较薄，多用于空间较小的场合。TSOP-2：标称尺寸分为300mil、400mil、500mil、550mil。脚

6、间距分为0.65mm、0.80mm、1.27mm。SSOP：标称尺寸分为175mil、225mil、300mil、375mil、525mil。脚间距分为0.65mm、0.80mm、1.27mm。该封装体积小，多适用于空间较小的场合。SOJ：标称尺寸分为300mil和400mil两种，一般多选用300mil。脚间距均为1.27mm。PLCC：外型为方型，所以没有标称尺寸可分。脚间距均为1.27mm。引脚数分为24、28、32、44、52、68、84。QFP：按器件厚度不同衍生出LQFP、TQFP、MQFP。其脚间距分为0.40mm、0.65mm、0.80mm、1.00mm、1.27mm。引脚数可

7、大至240脚，多用于超大规模集成电路的封装。BGA：外型为方型，引脚为针刺矩阵排列。脚间距为1.27mm，多用于军工级器件上。SOT-23：引脚数较少，最多6脚，属于微型封装器件。多用于二、三极管的封装。高级封装有：柔性基片CSP，硬质基片CSP，引线框架CSP，圆片级CSP，叠层CSP。柔性基片CSP：柔性基片CSP的IC载体基片是柔性材料制成的，主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多层金属布线。采用TAB键合的CSP，使用周边焊盘芯片。硬质基片CSP：硬质基片CSP的IC载体基片是用多层陶瓷或多层布线层压树脂板制成的。引线框架CSP：引线框架CSP，使用类似常规塑封电路的引线框架，它的尺寸大小，

8、厚度薄，并且它的指状焊盘伸入到芯片内部区域。引线框架CSP多采用引线键合来实现芯片焊盘与引线框架CSP焊盘的连接。圆片级CSP：圆片级CSP先是在圆片上进行封装，并以圆片的形式进行测试，老化筛选，其后再将圆片分割成单一的CSP电路。叠层CSP：把两个或两个以上芯片重叠粘附在一个基片上，再封装起来而构成的。三、集成电路封装业发展状况在集成电路产业市场和技术的推动下，集成电路封装技术不断发展，大体经历以下三个技术阶段的发展过程：第一阶段是1980年之前以为代表的通孔插装(THD)时代。这个阶段技术特点是插孔安装到PCB上，主要技术代表包括TO(三极管)和DIP(双列直插封装)，其优点是结实、可靠、

9、散热好、功耗大，缺点是功能较少，封装密度及引脚数难以提高，难以满足高效自动化生产的要求。第二阶段是1980年代开始的表面贴装(SMT)时代，该阶段技术的主要特点是引线代替针脚，由于引线为翼形或丁形，从两边或四边引出，较THD插装形式可大大提高引脚数和组装密度。最早出现的表面贴装类型以两边或四边引线封装为主，主要技术代表包括SOT(小外形晶体管)、SOP(小外形封装)、QFP(翼型四方扁平封装)等。采用该类技术封装后的电路产品轻、薄、小，提升了电路性能。性价比高，是当前市场的主流封装类型。在电子产品趋小型化、多功能化需求驱动下，20世纪末期开始出现以焊球代替引线、按面积阵列形式分布的表面贴装技术

10、。这种封装的I/O是以置球技术以及其它工艺把金属焊球(凸点)矩阵式的分布在基板底部，以实现芯片与PCB板等的外部连接。该阶段主要的封装形式包括球状栅格阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、晶圆级芯片封装(WLP)、多芯片封装(MCP)等。BGA等技术的成功开发，解决了多功能、高集成度、高速低功耗、多引线集成电路电路芯片的封装问题。第三阶段是21世纪初开始的高密度封装时代。随着电子产品进一步向小型化和多功能化发展，依靠减小特征尺寸来不断提高集成度的方式因为特征尺寸越来越小而逐渐接近极限，以3D堆叠、TSV(硅穿孔)为代表的三维封装技术成为继续延续摩尔定律的最佳选择。其中3D堆叠技术是把不同

11、功能的芯片或结构，通过堆叠技术，使其在Z轴方向上形成立体集成和信号连通以及圆片级、芯片级、硅帽封装等封装和可靠性技术为目标的三维立体堆叠加工技术，用于微系统集成。TSV是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，三维封装技术能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。为了在允许的成本范围内跟上摩尔定律的步伐，在主流器件设计和生产过程中采用三维互联技术将会成为必然。目前，全球集成电路封装技术的主流正处在第二阶段，3D叠装、TSV等三维封装技术还处于研发中，仅少数业内领先企业如三星

12、、长电科技等在某些特殊领域实现少量应用。我国的集成电路行业起步比较晚，但是一直对科技发展比较重视，所以大力发展科学技术和培养人才。我国的集成电路行业发展迅速，尤其是集成电路的重要环节，集成电路封装行业发展尤为迅速。集成电路封装的发展在我国拥有得天独厚的优势，依靠的是我国广大的市场潜力和人才发展。集成电路封装已经成为我国集成电路行业的重要组成部分，我国优先发展的就是集成电路封装。近年来国外半导体公司也向中国转移封装测试产能，我国的集成电路封装具有巨大的发展潜能。最初的集成电路封测业，在集成电路产业链中，相对技术和资金门槛较低，属于产业链中的“劳动密集型”。由于我国发展集成电路封装业具有成本和市场

13、地缘优势，封测业相对发展较早。在国发200018号鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策颁布以后，在优惠政策鼓励和政府资金支持下，外资(包括台资、港资)企业在中国设厂、海外归国留学人员纷纷回国创办企业，中资、民资大量投资集成电路企业，我国集成电路设计业、晶圆制造业也取得了长足的发展。目前我国已形成集成电路设计、晶圆制造和封装测试三业并举的发展格局，封测业的技术含量越来越高，在集成电路产品的成本中占比也日益增加。在我国目前的集成电路封装市场中，DIP、SOP等传统的封装仍占我国市场的主体地位，约占百分之七十的市场份额；BGA、CSP、WLCSP等先进的封装技术只占到总产量的百分之二十。在200

14、1年到2010年之间，除了2008和2009年因为全球金融市场危机出现小幅度下滑之外，每年的增长率都超过了百分之八。主要市场参与者包括大量的中小企业、部分技术领先的国内企业和合资企业，市场竞争最为激烈。国内一些中等规模的企业由于技术成熟，在一些封装科技中进行了科技创新，质量管理和成本控制领先，经济效益较好，企业发展快。近几年来国内集成电路设计和圆晶制造业增速明显加快，封测业增速相对缓慢，但封测业整体规模处于稳定增长阶段。据中国半导体行业协会统计，我国近几年封测业销售额增长趋势如下表示，从2013年起，销售额已经超过1000亿元，2013年销售额为1098.85亿元，同比增长6.1%。过去，国内

15、企业的技术水平和产业规模落后于业内领先的外资、合资企业，但随着时间的推移，国内企业的技术水平发展迅速，产业规模得到进一步提升。业内领先的企业，长电科技、通富微电、华天科技等三大国内企业的技术水平和海外基本同步，如铜制程技术、晶圆级封装，3D堆叠封装等。在量产规模上，BGA封装在三大国内封测企业都已经批量出货，WLP封装也有亿元级别的订单，SIP系统级封装的订单量也在亿元级别。长电科技2013年已跻身全球第六大封测企业，排名较2012年前进一位。其它企业也取得了很大发展。目前，国内三大封测企业凭借资金、客户服务和技术创新能力，已与业内领先的外资、合资企业一并位列我国封测业第一梯队;第二梯队则是具

16、备一定技术创新能力、高速成长的中等规模国内企业，该类企业专注于技术应用和工艺创新，主要优势在低成本和高性价比;第三梯队是技术和市场规模均较弱的小型企业，缺乏稳定的销售收入，但企业数量却最多。为了降低生产成本，以及看重中国内巨大且快速增长的终端电子应用市场，国际半导体制造商和封装测试代工企业纷纷将其产能转移至中国，拉动了中国半导体制封装产业规模的迅速扩大。目前，全球型IDM厂商和专业封装代工厂大都在中国大陆建有生产基地，由此造成我国外资企业占比较高。同时，经过多年的努力，国内控股的封测企业得到了较快的发展，正在逐步缩小与国际厂商的技术、市场方面的差距。部分内资封装测试企业已经在国内发行股票上市。

17、四、集成电路封装的发展趋势目前我国封测业正迎来前所未有的发展机遇。首先，国内封测业已有了一定的产业基础，封装技术已接近国际先进水平，2013年我国集成电路封测业收入排名前10企业中，已有3家是国内企业。近年来国家出台的国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知(国发20114号)，2014年6月国务院印发的国家集成电路产业发展推进纲要等有关政策文件，进一步加大了对集成电路产业的支持，国内新兴产业市场的拉动，也促进了集成电路产业的大发展。海思半导体、展讯、锐迪科微电子、大唐半导体设计有限公司等国内设计企业的崛起将为国内封测企业带来更多的发展机会。此外，由于全球经济恢复缓慢，

18、加上人力成本等诸多原因，国际半导体大公司产业布局正面临大幅调整，关停转让下属封测企业的动作频繁发生，如：日本松下集团已将在印度尼西亚、马来西亚、新加坡的3家半导体工厂出售。日本松下在中国上海和苏州的封测企业也在寻求出售或合作伙伴。英特尔近期也表示，该公司将在2014年的二、三两个季度内，将已关闭工厂的部分业务转移至英特尔位于中国等地现有的组装和测试工厂中。欧美日半导体巨头持续从封测领域退出，对国内封测业的发展也非常有利。但是，国内封测业的发展也面临制造业涨薪潮(成本问题)、大批国际组装封装业向中国大陆转移(市场问题)、整机发展对元器件封装组装微小型化等要求(技术问题)等重大挑战。国内封测企业必须通过增强技术创新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施