电子元件封装技术发展

1、電子元器件封 裝技朮的發展,目 錄,一、電子元器件封裝發展的趨勢 二、封裝技朮發展的四個階段 三、電子元器件封裝技朮最新進展 四、未來的電子元器件封裝技朮,1.1 片式元件的发展 1.2 積成電路發展趨勢,一、電子元器件封裝發展的趨勢,在電子產品的各種元件當中，可以區分為兩類 主動元件（active component）能夠執行資料運算、處理的元件，包括各式各樣IC。 被動元件（passive component）有些電子元件也有電流訊號通過，不過，這件元件並不會對通過的電流訊號進行任何運算，只是將其訊號強度放大或是單純地讓電流訊號通過，最常見的就是電阻、電容等。,1.1 片式元件的发展,1.

2、SMC片式元件向小、薄型发展 其尺寸从1206（3.2mm1.6mm） 向0805（2.0mm1.25mm） 0603（1.6mm0.8mm） 0402（1.0mm0.5mm） 0201（0.6mm0.3mm） 01005(0.4mmx0.2mm)发展,電子零件尺寸動向,2.SMD表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距发展 引脚中心距从1.27向0.635mm0.5mm0.4mm及0.3mm发展。 3.出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ball grid arrag）、CSP（UBGA）和FILP CHIP（倒装芯片）,QFP,PLCC,SOP,窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势 FP

3、T是指将引脚间距在0.6350.3mm之间的SMD和长宽小于等于1.6mm0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。,(1) IC製程技術趨勢:互補性金氧半導體 (2) IC密度趨勢:記憶體增加率1.5/year (3) IC晶片尺寸趨勢:晶片面積約每年以13%成長,微處理 器增加率1.35 /year (4) IC效能趨勢:工作頻率迅速成長，但須有適當的傳輸 線。 (5) IC操作電壓趨勢:操作電壓5V 3V or 3.5V預 估可降至2.5V 1.5V (6) IC設計週期:從500000個/設計 30000個/設計,1.2 積成電路發展趨勢,IC的尺寸與推展 SSI:一顆IC含10個電晶體

4、 MSI:指一顆IC含102個電晶體 LSI:指一顆IC含104個電晶體 VLSI:指一顆IC含106個電晶體 ULSI:指一顆IC含108個電晶體 GSI:指一顆IC含109個電晶體,以電子元件尺寸為例,材料製程技術演進 微米技術(10-6m):SSI, MSI, LSI 次微米技術(10-6m):VLSI, 微機電 奈米技術(10-6m) : 奈米元件, 微機電,2.1 第一階段 2.2 第二階段 2.3 第三階段 2.4 第四階段,二、封裝技朮發展的四個階段,為80年代以前的通孔安裝(THD)時代通孔安裝時代以TO型封裝和雙列直插封裝為代表IC的功能數不高引腳數較少(小于64)這類封裝的

5、引線間距固定封裝可由人工用手插入PCB的通孔中,2.1 第一階段,第二階段是80年代的表面安裝器件時代表面安裝器件時代 的代表是小外形封裝(SOP)和扁平封裝(QFP).大大提高管腳數和組裝密度是封裝技朮的一次革命引線間距為1.0,0.8,0.65,0.5,0.4mm這一階段也是金屬引線塑料封裝的黃金時代,2.2 第二階段,第三階段是90年代的焊球陣列封裝(BGA)/芯片尺寸封裝(CSP)時代BGA封裝加寬了引線節距并采用了底部安裝引線方式日本將BGA的概念用于CSP開發了引線節距更小的CSP封裝進一步減少了產品的尺寸和重量。,2.3 第三階段,21世紀的3D疊層封裝時代代表性的產品將是系統級

6、封裝(SIP: system in a package)從原來的封裝元件概念演變成封裝系統。它是將多個芯片和可能的無源元件集成在同一封裝內形成具有系統功能的模塊從而可以實現較高的性能密度更高的集成度更低的成本和更大的靈活性。,2.4 第四階段,3.1 封裝新材料 3.2 先進的電子元器件封裝 3.3 零件的相關資訊,三、電子元器件封裝技朮最新進展,電子元件封裝的最新進展主要體現在新材料和新技朮兩個方面,1.低溫共燒陶瓷材料(LTCC) LTCC是相對應與HTCC(高溫共燒陶瓷)的一類封裝材料其主要成份是由一些玻璃陶瓷組成燒結溫度低可與賤金屬共燒具有介電常數低介電損耗小可以無源集成等優點尤其是優

7、良的高頻性能。,3.1 封裝新材料,2. 高導熱率氮化鋁陶瓷材料 它是90年代才發展起來的一種新型高熱導率電子封裝材料。其熱導率高熱膨脹系數與硅相匹配介電常數低高絕緣等優點目前已經在微波功率器件毫米波封裝高溫電子封裝等領域獲得應用。 3.新型的AISIC金屬基復合材料 AISIC適用于高性能及高級熱處理的封裝設計。可以減化尺寸處理避免了繁雜的后加工處理。具有很高的熱導率與半導體芯片相匹配的熱膨脹系數以及非常低的密度。,BGA,1.BGA封裝 BGA封裝技朮的出現是封裝技朮的一大突破一改傳統的封裝結構將引線從封裝基板的底部以陣列球的方式引出這樣不僅可以安排更多的I/O而且大大提高了封裝密度改進了

8、電性能。,3.2 先進的電子元器件封裝,傳統封裝,2.倒裝片封裝(FLIIP CHIP) 倒裝片技朮是一種先進的非常有前途的集成電路封裝技朮它分為封裝倒裝片(FCIP)和板上倒裝片(FCOB)兩種。它是利用倒裝技朮將芯片直接裝入一個封裝體內倒裝片封裝可以是單芯片也可以是多芯片形式。它的突出優點是體積小和重量輕.,3.多芯片模塊(MCM) MCM是90年代興起的一種混合微電子組裝技朮它是在高密度多層布線基板上將若干裸芯片IC組裝和互連構成更復雜的或具有子系統功能的高級電子組件。主要特點是布線密度高互連線短、體積小重量輕和性能高等。,CSP,4.CSP封裝 CSP封裝是BGA封裝進一步小型化薄型化

9、的結果它主要是指封裝面積不大于芯片尺寸1.2倍的封裝其特點是尺寸小成本低功耗低等。它給高性能低成本、微型化的高密度封裝帶來了希望。,CSP 零件的相關資訊,3.3 零件的相關資訊,日本各半導體廠CSP零件生產情形,CSP 零件應用在產品上的情形,CSP 及 FLIP CHIP 零件的應用 1. 行動電話系統 2. 半導體製造 3. 筆記型電腦 4. 個人電腦系統 上述行業將率先應用CSP及 FLIP CHIP零件及技術於產品上,以達到產品短小輕薄方便攜帶的目的,各種 IC 零件外形體積的比較,1. 圓片級封裝(WLP)技朮 圓片級封裝和圓片級芯片尺寸封裝(WLCSP)是同一概念表示的是此電路封

10、裝完成后仍保持其圓片形式的封裝其流行的主要原因是它可將封裝尺寸減至和IC芯片一樣大小以及其加工的低成本。 2. 疊層封裝技朮 疊層封裝是指在一個芯腔/基板上將多個芯片豎直堆疊起來進行芯片與芯片或芯片與封裝之間的互連大多數的疊層封裝是兩個芯片相疊但有一些廠家能生產更多芯片疊加的產品。,四、未來的電子元器件封裝技朮,3SOC技朮 SOC称为芯片上系统(System On a Chip)又称为系统单芯片，它的意义就是在单一芯片上具备一个完整的系统运作所需的IC，这些主要IC包括处理器，输入/输出装置，将各功能组快速连接起来的逻辑线路、模拟线路，以及该系统运作所需要的内存。这种将系统级的功能模块集成在一块芯片上使集成度更高，器件的端子数为300400左右，是典型的硅园片级封装。,4. 系統級封裝(SIP)技朮 是在系統級芯片(SOC)的基礎上發展起來的一種新技朮系統級芯片指能在單片集成電路上實現系統功能的電路芯片該芯片加以封裝就形成一個系統級的器件。是將多個半導體裸芯片和可能的無源元件構成的高性能系統集成于一個封裝內形成一個完整的功能性器件。可以實現較高的性能密度集成較大的無源元件最有效的使用芯片組合縮短