新型微電子封裝技術
發(fā)布時間:2007/8/24 0:00:00 訪問次數(shù):423
摘 要: 本論文綜述了自;十世紀九十年代以來迅速發(fā)展的新型微電子封裝技術,包括焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、圓片級封裝(WLP)、三維封裝(3D)和系統(tǒng)封裝(SIP)等項技術。同時,敘述了微電子三級封裝的概念。并對發(fā)展我國新型微電子封裝技術提出了一些思索和建議。
關鍵詞: 微電子封裝;BGA;CSP;WLP;3D封裝;SIP;三級封裝
1 前言
集成電路產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的關鍵,而集成電路設計、制造和封裝測試是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大產(chǎn)業(yè)之柱。這已是各級領導和業(yè)界的共識。微電子封裝不但直接影響著集成電路本身的電性能、機械性能、光性能和熱性能,影響其可靠性和成本,還在很大程度上決定著電子整機系統(tǒng)的小型化、多功能化、可靠性和成本,微電子封裝越來越受到人們的普遍重視,在國際和國內(nèi)正處于蓬勃發(fā)展階段。本文試圖綜述自二十世紀九十年代以來迅速發(fā)展的新型微電子封裝技術,包括焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、圓片級封裝(WLP)、三維封裝(3D)和系統(tǒng)封裝(SIP)等項技術。介紹它們的發(fā)展狀況和技術特點。同時,敘述了微電子三級封裝的概念。并對發(fā)展我國新型微電子封裝技術提出了一些思索和建議。
2 微電子三級封裝
談到微電子封裝,首先我們要敘述一下三級封裝的概念。一般說來,微電子封裝分為三級,如圖1所示。所謂一級封裝就是在半導體圓片裂片以后,將一個或多個集成電路芯片用適宜的封裝形式封裝起來,并使芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳用引線鍵合(WB)、載帶自動鍵合(TAB)和倒裝芯片鍵合(FCB)連接起來,使之成為有實用功能的電子元器件或組件。一級封裝包括單芯片組件(SCM)和多芯片組件(MCM)兩大類。應該說,一級封裝包含了從圓片裂片到電路測試的整個工藝過程,即我們常說的后道封裝,還要包含單芯片組件(SCM)和多芯片組件(MCM)的設計和制作,以及各種封裝材料如引線鍵合絲、引線框架、裝片膠和環(huán)氧模塑料等內(nèi)容。這一級也稱芯片級封裝。二級封裝就是將一級微電子封裝產(chǎn)品連同無源元件一同安裝到印制板或其它基板上,成為部件或整機。這一級所采用的安裝技術包括通孔安裝技術(THT)、表面安裝技術(SMT)和芯片直接安裝技術(DCA)。二級封裝還應該包括雙層、多層印制板、柔性電路板和各種基板的材料、設計和制作技術。這一級也稱板級封裝。三級封裝就是將二級封裝的產(chǎn)品通過選層、互連插座或柔性電路板與母板連結(jié)起來,形成三維立體封裝,構成完整的整機系統(tǒng),這一級封裝應包括連接器、迭層組裝和柔性電路板等相關材料、設計和組裝技術。這一級也稱系統(tǒng)級封裝。所謂微電子封裝是個整體的概念,包括了從一極封裝到三極封裝的全部技術內(nèi)容。在國際上,微電子封裝是一個很廣泛的概念,包含組裝和封裝的多項內(nèi)容。微電子封裝所包含的范圍應包括單芯片封裝(SCP)設計和制造、多芯片封裝(MCM)設計和制造、芯片后封裝工藝、各種封裝基板設計和制造、芯片互連與組裝、封裝總體電性能、機械性能、熱性能和可靠性設計、封裝材料、封裝工模夾具以及綠色封裝等多項內(nèi)容。有人說,微電子封裝就是封裝外殼;又有人說微電子封裝不過是無源元件,不可能是有源;還有人說,微電子封裝不過是個包封體,可有可無,等等。這些看法都是片面的,不正確的。我們應該把現(xiàn)有的認識納入國際微電子封裝的軌道,這樣既有利于我國微電子封裝界與國外的技術交流,也有利于我國微電子封裝自身的發(fā)展。
3 新型微電子封裝技術
回顧集成電路封裝的歷史,其發(fā)展主要劃分為三個階段。第一階段,在二十世紀七十年代之前,以插裝型封裝為主。包括最初的金屬圓形(TO型)封裝,后來的陶瓷雙列直插封裝(CDIP)、陶瓷-玻璃雙列直插封裝(CerDIP)和塑料雙列直插封裝(PDIP)。尤其是PDIP,由于性能優(yōu)良、成本低廉又能批量生產(chǎn)而成為主流產(chǎn)品。第二階段,在二十世紀八十年代以后,以表面安裝類型的四邊引線封裝為主。當時,表面安裝技術被稱作電子封裝領域的一場革命,得到迅猛發(fā)展。與之相適應,一批適應表面安裝技術的封裝形式,如塑料有引線片式裁體(PLCC)、塑料四邊引線扁平封裝(PQFP)、塑料小外形封裝(PSOP)以及無引線四邊扁平封裝等封裝形式應運而生,迅速發(fā)展。由于密度高、引線節(jié)距小、成本低并適于表面安裝,使PQFP成為這一時期的主導產(chǎn)品。第三階段,在二十世紀九十年代以后,以面陣列封裝形式為主。二十世紀九十年代初,集成電路發(fā)展到了超大規(guī)模階段,要求集成電路封裝向更高密度和更高速度發(fā)展,因此集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型發(fā)展,發(fā)明了焊球陣列封裝(BGA),并很快成為主流產(chǎn)品。后來又開發(fā)出了各種封裝體積更小的CSP。也就是在同一時期,多芯片組件(MCM)蓬勃發(fā)展起來,也被稱為電子封裝的一場革命。因基板材料的不同分為多層陶瓷基板MCM(MCM-C)。薄膜多層基板MCM(MCM-D),塑料多層印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜基板MCM(MCM-C/D)。與此同時,由于電路密度和功
摘 要: 本論文綜述了自;十世紀九十年代以來迅速發(fā)展的新型微電子封裝技術,包括焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、圓片級封裝(WLP)、三維封裝(3D)和系統(tǒng)封裝(SIP)等項技術。同時,敘述了微電子三級封裝的概念。并對發(fā)展我國新型微電子封裝技術提出了一些思索和建議。
關鍵詞: 微電子封裝;BGA;CSP;WLP;3D封裝;SIP;三級封裝
1 前言
集成電路產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的關鍵,而集成電路設計、制造和封裝測試是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大產(chǎn)業(yè)之柱。這已是各級領導和業(yè)界的共識。微電子封裝不但直接影響著集成電路本身的電性能、機械性能、光性能和熱性能,影響其可靠性和成本,還在很大程度上決定著電子整機系統(tǒng)的小型化、多功能化、可靠性和成本,微電子封裝越來越受到人們的普遍重視,在國際和國內(nèi)正處于蓬勃發(fā)展階段。本文試圖綜述自二十世紀九十年代以來迅速發(fā)展的新型微電子封裝技術,包括焊球陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、圓片級封裝(WLP)、三維封裝(3D)和系統(tǒng)封裝(SIP)等項技術。介紹它們的發(fā)展狀況和技術特點。同時,敘述了微電子三級封裝的概念。并對發(fā)展我國新型微電子封裝技術提出了一些思索和建議。
2 微電子三級封裝
談到微電子封裝,首先我們要敘述一下三級封裝的概念。一般說來,微電子封裝分為三級,如圖1所示。所謂一級封裝就是在半導體圓片裂片以后,將一個或多個集成電路芯片用適宜的封裝形式封裝起來,并使芯片的焊區(qū)與封裝的外引腳用引線鍵合(WB)、載帶自動鍵合(TAB)和倒裝芯片鍵合(FCB)連接起來,使之成為有實用功能的電子元器件或組件。一級封裝包括單芯片組件(SCM)和多芯片組件(MCM)兩大類。應該說,一級封裝包含了從圓片裂片到電路測試的整個工藝過程,即我們常說的后道封裝,還要包含單芯片組件(SCM)和多芯片組件(MCM)的設計和制作,以及各種封裝材料如引線鍵合絲、引線框架、裝片膠和環(huán)氧模塑料等內(nèi)容。這一級也稱芯片級封裝。二級封裝就是將一級微電子封裝產(chǎn)品連同無源元件一同安裝到印制板或其它基板上,成為部件或整機。這一級所采用的安裝技術包括通孔安裝技術(THT)、表面安裝技術(SMT)和芯片直接安裝技術(DCA)。二級封裝還應該包括雙層、多層印制板、柔性電路板和各種基板的材料、設計和制作技術。這一級也稱板級封裝。三級封裝就是將二級封裝的產(chǎn)品通過選層、互連插座或柔性電路板與母板連結(jié)起來,形成三維立體封裝,構成完整的整機系統(tǒng),這一級封裝應包括連接器、迭層組裝和柔性電路板等相關材料、設計和組裝技術。這一級也稱系統(tǒng)級封裝。所謂微電子封裝是個整體的概念,包括了從一極封裝到三極封裝的全部技術內(nèi)容。在國際上,微電子封裝是一個很廣泛的概念,包含組裝和封裝的多項內(nèi)容。微電子封裝所包含的范圍應包括單芯片封裝(SCP)設計和制造、多芯片封裝(MCM)設計和制造、芯片后封裝工藝、各種封裝基板設計和制造、芯片互連與組裝、封裝總體電性能、機械性能、熱性能和可靠性設計、封裝材料、封裝工模夾具以及綠色封裝等多項內(nèi)容。有人說,微電子封裝就是封裝外殼;又有人說微電子封裝不過是無源元件,不可能是有源;還有人說,微電子封裝不過是個包封體,可有可無,等等。這些看法都是片面的,不正確的。我們應該把現(xiàn)有的認識納入國際微電子封裝的軌道,這樣既有利于我國微電子封裝界與國外的技術交流,也有利于我國微電子封裝自身的發(fā)展。
3 新型微電子封裝技術
回顧集成電路封裝的歷史,其發(fā)展主要劃分為三個階段。第一階段,在二十世紀七十年代之前,以插裝型封裝為主。包括最初的金屬圓形(TO型)封裝,后來的陶瓷雙列直插封裝(CDIP)、陶瓷-玻璃雙列直插封裝(CerDIP)和塑料雙列直插封裝(PDIP)。尤其是PDIP,由于性能優(yōu)良、成本低廉又能批量生產(chǎn)而成為主流產(chǎn)品。第二階段,在二十世紀八十年代以后,以表面安裝類型的四邊引線封裝為主。當時,表面安裝技術被稱作電子封裝領域的一場革命,得到迅猛發(fā)展。與之相適應,一批適應表面安裝技術的封裝形式,如塑料有引線片式裁體(PLCC)、塑料四邊引線扁平封裝(PQFP)、塑料小外形封裝(PSOP)以及無引線四邊扁平封裝等封裝形式應運而生,迅速發(fā)展。由于密度高、引線節(jié)距小、成本低并適于表面安裝,使PQFP成為這一時期的主導產(chǎn)品。第三階段,在二十世紀九十年代以后,以面陣列封裝形式為主。二十世紀九十年代初,集成電路發(fā)展到了超大規(guī)模階段,要求集成電路封裝向更高密度和更高速度發(fā)展,因此集成電路封裝從四邊引線型向平面陣列型發(fā)展,發(fā)明了焊球陣列封裝(BGA),并很快成為主流產(chǎn)品。后來又開發(fā)出了各種封裝體積更小的CSP。也就是在同一時期,多芯片組件(MCM)蓬勃發(fā)展起來,也被稱為電子封裝的一場革命。因基板材料的不同分為多層陶瓷基板MCM(MCM-C)。薄膜多層基板MCM(MCM-D),塑料多層印制板MCM(MCM-L)和厚薄膜基板MCM(MCM-C/D)。與此同時,由于電路密度和功
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