微电子封装工艺的发展

微电子封装技术的进展一、封装技术的进展从80这种市场需求对电路组装技术提出了相应的要求处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术进展的重要因素。片式元件：小型化、高性能阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器兼容性的需求，对电子电路性能不断地提出的要求，片式元件进一步向小型化、多层化、QMLCC10um层数高达100，片式多层变压器和各种片式多层复合元件；在小型化方面，规格尺寸从3216→2125→1608→100506030.6mm0.3mm0.88%。的元件可使Si/80%以上，并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可极大地解决焊点失效引起的问题。芯片封装技术：追随IC的进展而进展ICICSMTIC，曾大量使用TO型封装，后来又开发出DIP、PDIP，并成为这个时期的主导产品形SMTICLCCC、PLCC、SOPQFP不但解决了LSI且适于使用SMTPCBQFP最终成为SMTQFP的引脚间距目前已从1.27mm进展到了0.3mm由于引脚间距不断缩小，I/O数不断增加，封装体积也不断加大，给电路组装生产带来了很多0.3mm已是QFP芯片封装BGA(BallGridArray)应运而生，BGAI/OBGA技术的优点是可增I/OQFPI/OBGA进展尽管解决了QFP片本征传输速率的要求，所以更的封装CSP(ChipSizePackage)又消灭了，它的英文含义是封装尺寸与裸芯片一样或封装尺寸比裸芯片稍大CSP80%。CSPBGAI/OCSP是缩小了的BGACSPBGASMTSMTCSP公司生产CSP，而且正越来越多地应用于移动、数码录像机、笔记本电脑等产品上。从CSPCSP将取代QFP成为高I/O端子IC为了最终接近IC本征传输速度，满足更高密度、更高功能和高牢靠性的电路组装的要求，还必需进展裸芯片(Barechip)技术。裸芯片技术有两种主要形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术(Flipchip)。 COB技术 用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方，在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上，凝固后，用Bonder机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下，分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上，测试合格后，再封上树脂胶。与其它封装技术相比，COB技术有以下优点：价格低廉；节约空间；工艺成熟COB技术也存在缺乏，即需要另配焊接机及封装机有时速度跟不上PCB贴片对环境要求更为严格无法修理等。Flipchip技术 Flipchip，又称为倒装片，与COB相比，芯片构造和I/O端(锡球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片外表，故在封装密度和处理速度上Flipchip已到达顶峰，特别是它可以承受类似SMT技术的手段来加工，故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年月，该技术已在多种行业的电子产品中加以推广，特别是用于便携式的通信设备中。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术随着电子产品体积的进一步缩小裸芯片的应用将会越来越广泛。从1997年以来裸芯片的年增长率已到达30%之多，进展较为快速的裸芯片应用包括计算机的相关部件，如微处理器、高速内存和硬盘驱动器等。除此之外，一些便携式设备，如机和传呼机也可望于近期大量使用这一先进的半导体封装技术最终全部的消费电子产品由于对高性能的要求和小型化的进展趋势也将大量使用裸芯片技术元器件的缩小则可以大大推动电子产品体积的缩小，以移动为例，90年月重220g，而现在最轻的已达57克，可以很简洁地放进上衣口袋里。微组装：一代组装技术90(SMT)的根底上进展起来的一代电子组装技术。微组装技术是在高密度多层互连基板上，(MCM)就是当前微组装MCM承受DCA(裸芯片直接安装技术)或CSP，使电路图形线宽到达几微米到几十微米的等级。在MCM的根底上设计与外部电路连接的扁平引线，间距为0.5mm，把几块MCM借助SMT组装在一般的PCB统的功能。当前MCM(3DXY(2D)MCMZ3D，不但使电子产品密度更高，也使其功能更多，传输速度更快，性能更好，牢靠性更好，而电子系统相对本钱MCMIC芯片。由于MCM高成品率要求各类IC良好的芯片(KGD)，而裸芯片无论是生产厂家还是使用者都难以全面测试老化筛选，给组装MCMCSP的消灭解决了KGDCSPMCMMCM用。二、封装技术封的种类自二十世纪几十年月以来快速进展的型微电子封装技术，包括寒秋阵列封装BG芯片尺寸封装CSP、原片级封装WLP、三位封装3〕和系统封装SI〕等项技术。2.1(BGA)阵列封装(BGA)是世界上九十年月初进展起来的一种型封装。BGABGA31mmBGA1mm900长为32m0.5mm的QFP只有208BGA的节距为1.5m1.27m1.0m、0.8mm、0.65mm0.5mm品率;⑤BGABGABGA(PBGA)，陶瓷焊球阵列封装(CBGA)，载带焊球阵列封装(TBGA)，带散热器焊球阵列封装(EBGA)，金属焊球阵列封装(MBGA)，还有倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA。PQFP可应用于外表安装，这是它的主要优点。但是当PQFP0.5mmPQFP于较低引线数(208(28mm20028mmBGA封装取代PQFPBGAFCBGA·期望成为进展最快的BGABGAFCBGA除了具有BGA②牢靠性高，由于芯片下填料的作用，使FCBGA抗疲乏寿命大大增加;③可返修性强。FCBGA所涉及的关键技术包括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术(包括多层陶瓷基板和BT树脂基板)、芯片底部填充技术、焊球附接技术、散热板附接技术等。它所涉及的封装材料主要包括以下几类。凸点材料：Au、PbSn和AuSn等;凸点下金属化材料：Al/Niv/CuTi/Ni/Cu或Ti/W/Au;焊接材料：PbSn焊料无铅焊料;多层基板材料：高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)、BT树脂基板;底部填充材料：液态树脂;导热胶：硅树脂;散热板：铜。目前，国际上FCBGA的典型系列示于表1。 2.2芯片尺寸封装(CSP) 芯片尺寸封装(CSP)和BGA是同一时代的产物是整机小型化便携化的结果美国JEDEC给CSP的定义是：LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%的封装称为CSP。由于很多CSP承受BGA的形式，所以最近两年封装界权威人士认为，焊球节距大于等于lmm的为BGA，小于lmm的为CSP。由于CSP具有更突出的优点：①近似芯片尺寸的超小型封装;②保三、国内外比较我国封装技术与国外封装技术的差距所在〔1〕封装技术人才严峻短缺、缺少制程式改善工具的培训及持续提高培训的经费及手段。(2〕先进的封装设备、封装材料及其产业链滞后，配套不拿且质量不稳定。封装技术研发力量缺乏，生产工艺程序设计不周伞，可操作性差，执行力量弱。封装设备维护保养力量欠伟，缺少有阅历的修理工程师，且牢靠性试验设备不齐全，失效分析(FA)力量缺乏。国内封装企业除个别企业外，普遍规模较小，从事低端产品生产的居多，可持续进展能力低，缺乏向高档进展的技术和资金。(6)缺少团队精神，缺乏流程整合、持续改善、精细治理的精神，缺少现代企业治理的机制和理念。的作用。在芯片-封装协同设计以及为满足各种牢靠性要求而使用具本钱效益的材料和工艺技术和制造方面进展众多的创争论。在能量效率、医疗护理、公共安全和更多领域必需深思一些问题。(1)微电子封装与电子产品密不行分，已经成为制约电子产品乃至系统的将来。(2)微电子封装必需与时俱进才能进展。国际微电子封装的历史证明白这一点。我国微电子封装如何与时俱进?当务之急是争论我国微电子封装的进展战略，制订发展规划二是优化我国微电子封装的科研生产体系三是乐观提倡和大力进展属于我国自主学问产权的原创技术。否则，我们将越跟踪越落后。在这一点上我们可以很好地借鉴韩国和台湾的阅历。 (3)高度重视微电子三级封装的垂直集成我们应当以电子系统为龙头，牵动一级、二级和三级封装，方能占据市场，提高经济效益，不断进展。我们曾建议把手机和雷达作为技术平台进展我国的微电子封装，就是出于这种考虑。 (4)高度重视不同领域和技术的穿插及融合。不同材料的穿插和融合产生的材料;不同技术穿插和融合产生的技术;不同领域的穿插和融合产生的领域我们国家已经有了肯定的根底在电子学会，已经有不少分会和机构。技术领域已涉及电子电路、电子封装、外表贴装、电子装联、电子材料、电子专用设备、电子焊接和电子电镀等。过去，同行业沟通很多，但不同行业沟通不够。我们应当充分发挥电子学会各分会的作用，乐观组织这种技术沟通。2微电子三级封装微电子封装，首先我们要表达一下三级封装的概念。一般说来，微电子封装分为三级。所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后装起来，并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB)、载带自动键合(TAB)和倒装芯片键合(FCB)连接起来，使之成为有有用功能的电子元器件或组件。一级封装包括单芯片组件(SCM)和多芯片组件(MCM(SCM)和多芯片组件(MCM)的设计和制板上，成为部件或整机。这一级所承受的安装技术包括通孔安装技术(THT)、外表安装技术(SMT)和芯片直接安装技术(DCA内容。在国际上，微电子封装是一个很广泛的概念，包含组装和封装的多项内容装所包含的范围应包括单芯片封装(SCP(MCM封装工艺、各种封装基板设计和制造、芯片互连与组装、封装总体电性能、机械性能、热性不过是个包封体，可有可无，等等。这些看法都是片面的，不正确的。我们应当把现有的生疏于我国微电子封装自身的进展。型微电子封装技术(TO(CDIP)、陶瓷-玻璃双列直插封装(CerDIP)和塑料双列直插封装(PDIPPDIP，由于性能优良、(PLCC)、塑料四边引线扁平封装(PQFP(PSOP)以及无引线四边扁平封装等封装形式应运而生，快速进展。由于密度高、引线节距小、本钱低并适于外表安装，使PQFP成为这一展，因此集成电路封装从四边引线型向平面阵列型进展，制造了焊球阵列封装(BGA)，并很快成为主流产品。后来又开发出了各种封装体积更小的CSP。也就是在同一时期，多芯片组件(MCM)蓬勃进展起来，也被称为电子封装的一场革命。因基板材料的不同分为多层陶瓷基板MCM(MCM-C)。薄膜多层基板MCM(MCM-D)，塑料多层印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜基板MCM(MCM-C/D)。与此同时，由于电路密度和功能的需要，3D(SIP)也快速进展BGA、CSP、3DSIP焊球阵列封装(BGA)阵列封装(BGA)是世界上九十年月初进展起来的一种型封装。BGABGA31mmBGA1mm90032mm0.5mmQFP208③BGA1.5mm1.27mm1.0mm、0.8mm、0.65mm0.5mm品率;⑤BGABGABGA(PBGA)，陶瓷焊球阵列封装(CBGA)，载带焊球阵列封装(TBGA)，带散热器焊球阵列封装(EBGA)，金属焊球阵列封装(MBGA)，还有倒装芯片焊球阵列封装(FCBGA。PQFP可应用于外表安装，这是它的主要优点。但是当PQFP0.5mmPQFP于较低引线数(208(28mm20028mmBGA封装取代PQFPBGAFCBGA·期望成为进展最快的BGABGAFCBGA除了具有BGA②牢靠性高，由于芯片下填料的作用，使FCBGA抗疲乏寿命大大增加;③可返修性强。FCBGA所涉及的关键技术包括芯片凸点制作技术、倒装芯片焊接技术、多层印制板制作技术(包括多层陶瓷基板和BT树脂基板)、芯片底部填充技术、焊球附接技术、散热板附接技术等。它所涉及的封装材料主要包括以下几类。凸点材料：Au、PbSn和AuSn等;凸点下金属化材料：Al/Niv/Cu、Ti/Ni/CuTi/W/Au;焊接材料：PbSn材料：高温共烧陶瓷基板(HTCC)、低温共烧陶瓷基板(LTCC)、BT树脂基板;底部填充材料：液态树脂;导热胶：硅树脂;散热板：铜。目前，国际上FCBGA1。芯片尺寸封装(CSP)芯片尺寸封装(CSP)和BGAJEDECCSPLSILSI120%的封装称为CSP。由于很多CSPBGAlmmBGA，小于lmm的为CSP。由于CSPCSPCSP、柔性基板CSPCSP、微小模塑CSPCSPBGA、凸点芯片载体(BCC)、QFNCSPCSPCSP(WLCSP)等。CSP1.0mm1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm0.25mm2CSPCSPIC芯片后再实施后道封装的，而WLCSP它的全部或大局部工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的的独立器件。所以这种封装也称作圆片级封装(WLP)CSP还具有独特的优点：①封装加工效率高，可以多个圆片同时加工;②具有倒装芯片封装的优(RDL)和凸点制作两个工IC封装公司纷纷投入这类WLCSPWLCSP的缺乏是目前引脚数较低，还没有标准化4WLCSP5示出了这种WLCSPWLCSP所涉及的关键技术除了前工序所必需的金属淀积技术、光刻技术、蚀刻技术等以外，还包括重布线(RDL)技术和凸点制作技术。通常芯片上的引出端焊盘是排到在管芯周边的方形铝层，为了使WLP适应了SMT二级封装较宽的焊盘节距，需将这些焊盘重分布，使这些焊盘由芯片周边排列改为芯片有源面上阵列排布，这就需要重布线(RDL)技术。另外将方形铝焊盘改为易于与焊料粘接的圆形铜焊盘，重布线中溅射的凸点下金属(UBM)如Ti-Cu-NiCu可以用电镀加厚Cu层。焊料凸点制作技术可承受电镀法、化学镀法、蒸发法、置球法和焊UBM材料为Al/Niv/Cu、T1/Cu/NiTi/W/AuBCBPI(聚酰亚胺)凸点材料有Au、PbSn、AuSn、In装技术提出了相应的要求，单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)成为促进微电子封装技术进展的重要因素。片式元件：小型化、高性能阻器和以多层厚膜共烧工艺制造的片式独石电容器件。现在高QMLCC10um化，层数高达1003216→2125160→100506030.6m0.3mm0.88的元件可使Si效率(芯片面积/基板面积)到达80%以上，并能有效地提高电路性能。由于不在电路板上安装大量的分立元件，从而可极大地解决焊点失效引起的问题。芯片封装技术：追随IC的进展而进展ICIC装技术相协作，而SMT六七十年月的中、小规模IC，曾大量使用TO型封装，后来又开发出DIP、PDIP，并成为这个时期的主导产品形式。八十年月消灭了SMT，相应的IC封装形式开发出适于外表贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等构造。在此根底上，经十多年研制开发的QFP不但解决了LSISMTPCBQFPSMTQFP1.27mm0.3mm。由于引脚间距不断缩小，I/O由于受器件引脚框架加工精度等制造技术的限制0.3mm已是QFP了组装密度的提高。于是一种先进的芯片封装BGA(BallGridArray)应运而生，BGAI/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面引线长度短。BGA技术的优点是可增加I/OQFP技术的高I/O本钱和牢靠性问题。BGA的兴起和进展尽管解决了QFPCSP(ChipSizePackage)CSP80%。CSPBGAI/O数，使组装密度进一步提高，可以说CSPBGA。CSPBGA根本上与SMTSMT比较的优点，才使CSP得以快速进展并进入有用化阶段。目前日本有多家公司生产CSP，而且正越来越多地应用于移动、数码录像机、笔记本电脑等产品上。CSPCSP将取代QFP成为高I/O端子IC为了最终接近IC本征传输速度，满足更高密度、更高功能和高牢靠性的电路组装的要求，还必需进展裸芯片(Barechip)技术。从199730%之多，进展较为快速的裸芯片应用包2160QFP、CSP、Barechip0.65mmQFP(160pin)面积为1，则同样引脚CSP，其占用面积0.17，而承受Barechip0.12。