微電子封裝技術的發展趨勢
微電子封裝技術的發展趨勢【1】
【摘 要】本文論述了微電子封裝技術的發展歷程，發展現狀和發展趨勢，主要介紹了幾種重要的微電子封裝技術，包括：BGA 封裝技術、CSP封裝技術、SIP封裝技術、3D封裝技術、MCM封裝技術等。
【關鍵詞】微電子技術;封裝;發展趨勢
一、微電子封裝的發展歷程
IC封裝的引線和安裝類型有很多種，按封裝安裝到電路板上的方式可分為通孔插入式(TH)和表面安裝式(SM)，或按引線在封裝上的具體排列分為成列、四邊引出或面陣排列。
微電子封裝的發展歷程可分為三個階段：第一階段：上世紀70 年代以插裝型封裝為主，70 年代末期發展起來的雙列直插封裝技術(DIP)。
第二階段：上世紀80 年代早期引入了表面安裝(SM)封裝。
比較成熟的類型有模塑封裝的小外形(SO)和PLCC 型封裝、模壓陶瓷中的Cerquad、層壓陶瓷中的無引線式載體(LLCC)和有引線片式載體(LDCC)。
PLCC，Cerquad，LLCC和LDCC都是四周排列類封裝， 其引線排列在封裝的所有四邊。
第三階段：上世紀90 年代， 隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，LSI，vLSI，uLSI相繼出現， 對集成電路封裝要求更加嚴格，i/o引腳數急劇增加， 功耗也隨之增大， 因此， 集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型發展，出現了球柵陣列封裝(BGA)，并很快成為主流產品。
二、新型微電子封裝技術
(一)焊球陣列封裝(BGA)
陣列封裝(BGA)是世界上九十年代初發展起來的一種新型封裝。
BGA封裝的i/o端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術的優點是：i/o引腳數雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率;雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少;寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接，可靠性高。
這種BGA的突出的優點：1.電性能更好：BGA用焊球代替引線，引出路徑短，減少了引腳延遲、電阻、電容和電感;2.封裝密度更高;由于焊球是整個平面排列，因此對于同樣面積，引腳數更高。
例如邊長為31mm的BGA，當焊球節距為1mm時有900只引腳，相比之下，邊長為32mm，引腳節距為0.5mm的qfp只有208只引腳;3.BGA的節距為1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，與現有的表面安裝工藝和設備完全相容，安裝更可靠;4.由于焊料熔化時的表面張力具有 “自對準”效應，避免了傳統封裝引線變形的損失，大大提高了組裝成品率;5.BGA引腳牢固，轉運方便;6.焊球引出形式同樣適用于多芯片組件和系統封裝。
因此，BGA得到爆炸性的發展。
BGA因基板材料不同而有塑料焊球陣列封裝(pBGA)，陶瓷焊球陣列封裝(cBGA)，載帶焊球陣列封裝(tBGA)，帶散熱器焊球陣列封裝(eBGA)，金屬焊球陣列封裝(mBGA)，還有倒裝芯片焊球陣列封裝(fcBGA)。
PQFP可應用于表面安裝，這是它的主要優點。
(二)芯片尺寸封裝(CSP)
CSP(chip scale package)封裝，是芯片級封裝的意思。
CSP封裝最新一代的內存芯片封裝技術，其技術性能又有了新的提升。
CSP封CSP封裝裝可以讓芯片面積與封裝面積之比超過1：1.14，已經相當接近1：1的理想情況，絕對尺寸也僅有32平方毫米，約為普通的BGA的1/3，僅僅相當于tSOp內存芯片面積的1/6。
與BGA封裝相比，同等空間下CSP封裝可以將存儲容量提高三倍。
芯片尺寸封裝(CSP)和BGA是同一時代的產物，是整機小型化、便攜化的結果。
LSI芯片封裝面積小于或等于LSI芯片面積120%的封裝稱為CSP。
由于許多CSP采用BGA的形式，所以最近兩年封裝界權威人士認為，焊球節距大于等于lmm的為BGA，小于lmm的為CSP。
由于CSP具有更突出的優點：1.近似芯片尺寸的超小型封裝;2.保護裸芯片;3.電、熱性優良;4.封裝密度高;5.便于測試和老化;6.便于焊接、安裝和修整更換。
一般地CSP，都是將圓片切割成單個IC芯片后再實施后道封裝的，而wlCSP則不同，它的全部或大部分工藝步驟是在已完成前工序的硅圓片上完成的，最a后將圓片直接切割成分離的獨立器件。
CSP封裝內存芯片的中心引腳形式有效地縮短了信號的傳導距離，其衰減隨之減少，芯片的抗干擾、抗噪性能也能得到大幅提升。
CSP技術是在電子產品的更新換代時提出來的，它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更復雜)替代以前的小芯片時，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。
wlCSP所涉及的關鍵技術除了前工序所必須的金屬淀積技術、光刻技術、蝕刻技術等以外，還包括重新布線(RDL)技術和凸點制作技術。
通常芯片上的引出端焊盤是排到在管芯周邊的方形鋁層，為了使WLP適應了SMt二級封裝較寬的焊盤節距，需將這些焊盤重新分布，使這些焊盤由芯片周邊排列改為芯片有源面上陣列排布，這就需要重新布線(RDL)技術。
三、微電子封裝技術的發展趨勢
微電子封裝技術是90年代以來在半導體集成電路技術、混合集成電路技術和表面組裝技術(SMt)的基礎上發展起來的新一代電子組裝技術。
多芯片組件(MCM)就是當前微組裝技術的代表產品。
它將多個集成電路芯片和其他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，是電路組件功能實現系統級的基礎。
CSP的出現解決了KGD問題，CSP不但具有裸芯片的優點，還可象普通芯片一樣進行測試老化篩選，使MCM 的成品率才有保證，大大促進了MCM的發展和推廣應用。
目前MCM已經成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中，今后將用于工作站、個人計算機、醫用電子設備和汽車電子設備等領域。
四、結束語
從以上介紹可以看出，微電子封裝，特別是BGA、CSP、SIP、3D、MCM 等先進封裝對SMt的影響是積極的，當前更有利于SMt的發展，將來也會隨著基板技術的提高，新工藝、新材料、新技術、新方法的不斷出現，促進SMt向更高水平發展。
微電子封裝點膠技術研究【2】
摘 要：隨著科技的發展，微電子封裝點膠技術由傳統的接觸式點膠方式向無接觸式點膠技術轉變。
本文就微電子封裝點膠技術中的接觸式點膠和無接觸式點膠技術進行了詳盡的介紹。
關鍵詞：微電子封裝;接觸式點膠;無接觸式點膠
隨著現代科技的發展，基于微電子技術的流體點膠技術在芯片固定、封裝倒扣以及芯片涂敷中得以廣泛應用。
流體點膠技術以受控的方式對流體精確分配，可將理想大小的流體，如焊劑、導電膠、環氧樹脂和粘合劑等，轉移到工件諸如芯片、電子元件等合適位置。
從而實現各種元器件機械或者電氣的連接。
基于微電子封裝點膠技術的優勢特點是操作系統性能好，點膠速度快和點膠一致性優良、精度高等特點[2]。
1 點膠技術綜述
基于點膠原理的不同，可將點膠技術分為接觸式點膠和無接觸式點膠[3，4]，如圖1所示。
接觸式點膠的工作原理是通過點膠針頭引導液同基板接觸，經過一段時間后待基板完全浸潤后，點膠針頭開始向上運動，膠液依靠同基板間的黏性力同點膠針頭分離在基板上形成膠點。
接觸式點膠技術的特點是需要配置高精度的傳感器來控制針頭抬起和下降高度。
無接觸式點膠是采用相關方式使膠液受到高壓作用，膠液在獲得足夠大的動能后按照規定的速度噴射到基本之上。
膠液在噴射時，針頭沒有Z軸方向位移[3]。
近幾年來，點膠技術得以快速發展，已經從接觸式點膠技術向無接觸式點膠技術轉變。
當前國外已經開始研究和開發無接觸式點膠技術，并取得了一定的成績。
不過，就我國而言，目前還有超過一般以上的點膠系統仍舊采用接觸式針頭點膠，且以時間/壓力型為主[2];無接觸式點膠系統市場份額占有率低下，所以，針對我國點膠技術發展實際，加強對精度高、可靠性強的流體點膠技術研究和開發勢在必行[5]。
2 接觸式點膠
2.1大量式點膠
大量式點膠可細分為針轉式點膠和絲網印刷式點膠兩種。
大量式點膠的突出特點是點膠速度快。
可適用于印刷電路板的大規模生產線，其缺點是柔性差，點膠的精度不是很高，一致性差，且膠液是直接暴露在空氣中，膠液容易吸水和揮發，影響膠液質量。
針轉移式點膠的適應性比較差，對于不同的點膠樣式需要更換針板，在點膠時需不停加熱，重復適用性差。
絲網印刷式點膠僅僅適用表面比較平整的元器件，而對于表面凸凹不平的集成電路則不適用。
[2，4，6]。
2.2 針頭式點膠
2.2.1 計量管式點膠和活塞式點膠
計量式點膠和活塞式點膠是繼大量式點膠后的一種新型點膠方式。
這兩種點膠方式都是通過壓力驅動膠液流出完成點膠。
計量式點膠是由螺旋桿旋轉提供壓力，在壓力作用下膠液流出，針頭按照一定的軌跡移動可畫出線或者圓等圖案。
活塞式點膠是通過活塞作用推動膠液流出完成點膠。
該點膠方式的一致性好，不過膠液的量不好控制，活塞清洗困難，對活塞的密封性要求極高[2，4，6]。
2.2.2 時間/壓力型點膠
時間/壓力型點膠是當前應用最為廣泛的點膠方式之一，該種點膠方式最早的應用在表面貼裝中。
其工作原理是通過脈動氣壓擠壓針筒內的活塞，將流體通過底部針頭擠出到基板上。
該種點膠技術適用于黏度不是很高的流體;其膠點大小同氣體壓力和時間有關。
該種點膠設備的造價比較低，容易操作，維護和清洗方便。
不過該種點膠方式對流體的黏度很敏感，氣壓反復壓縮使流體溫度逐漸升高，對流體的流變特性造成了一定影響，比如膠液流出的直徑大小不一，點膠一致性效果差。
3 無接觸式點膠
無接觸式點膠是當前一種基于微電子技術的新型點膠技術，該點膠技術可細分為噴墨點膠和噴射點膠。
其中噴射點膠又分為機械式噴射點膠和壓電式噴射點膠兩種方式。
3.1 噴墨技術
噴墨技術指的是將墨水噴涂到基底上面的技術。
噴墨方式有熱氣泡式和壓電式。
該種技術主要應用在印刷、壓電式噴墨和藥劑生產方面。
熱氣泡式噴墨是對熱敏電阻通電，產生熱能加熱墨水產生氣泡，氣泡爆破后墨水噴出形成墨滴;壓電式噴墨是利用壓電材料壓電效應產生機械力，通過機械力將墨水“擠”或“推”出去。
不過需要提出的是，微電子封裝中所使用的流體黏度一般都比較高，而噴墨技術只適用于低黏度流體的噴墨。
在流體材料適用性方面表現的能力比較欠缺。
3.2 噴射點膠技術
噴射點膠技術當前還處于研發階段，技術還不夠成熟。
該技術主要是通過瞬間高壓作用驅動膠液噴出，每次噴射只能形成一個膠點。
經過多次噴射后膠點疊加在一起形成圖案。
噴射點膠基本上對各種黏度的流體適用。
并且噴射的速度快、適應性和一致性好。
當前，噴射點膠技術有機械式和壓電式兩種。
其中，壓電式點膠適用于低、中黏度流體;機械式點膠適用于黏度高的流體。
3.2.1 機械式噴射點膠
機械式噴射點膠主要用于噴射高黏度流體，目前在電子生產領域得以廣泛應用。
采用機械師噴射點膠，流體在比較低的壓力作用下就能進入到料腔內。
一般而言，芯片下填充料粘結劑的壓力控制在0.1MPa左右;液晶類黏度比較低的材料壓力控制在0.01MPa左右。
該技術的特點是液體在噴嘴位置可獲得極強瞬時壓力，可對黏度高的流體進行噴射;其缺點是噴射出的膠點要比壓電式、熱氣泡式所噴射的膠點尺寸大很多[3，7]，并且其結構比較復雜，噴射頻率要低于壓電式。
3.2.2壓電式噴射點膠
壓電式噴射點膠裝置主要有兩大類型。
一類是壓電式點膠作為熱噴墨印刷技術應用于LED中有機顏料的注入;另一類是壓電式噴射點膠是應用于電子器件紫外固化粘結劑包封。
4 結語
綜上，隨著現代科學技術的發展，微電子封裝點膠技術必將會向新臺階邁進。
本文針對微電子封裝的接觸式點膠技術和無接觸式點膠技術的應用及優缺點進行了簡要的介紹和分析。
僅供業內人士參考。
參考文獻
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