微电子封装技术的发展趋势

微电子封装技术的发展趋势

　　微电子封装技术的发展趋势【1】

　　【摘 要】本文论述了微电子封装技术的发展历程，发展现状和发展趋势，主要介绍了几种重要的微电子封装技术，包括：BGA 封装技术、CSP封装技术、SIP封装技术、3D封装技术、MCM封装技术等。

　　【关键词】微电子技术;封装;发展趋势

　　一、微电子封装的发展历程

　　IC封装的引线和安装类型有很多种，按封装安装到电路板上的方式可分为通孔插入式(TH)和表面安装式(SM)，或按引线在封装上的具体排列分为成列、四边引出或面阵排列。

　　微电子封装的发展历程可分为三个阶段：第一阶段：上世纪70 年代以插装型封装为主，70 年代末期发展起来的双列直插封装技术(DIP)。

　　第二阶段：上世纪80 年代早期引入了表面安装(SM)封装。

　　比较成熟的类型有模塑封装的小外形(SO)和PLCC 型封装、模压陶瓷中的Cerquad、层压陶瓷中的无引线式载体(LLCC)和有引线片式载体(LDCC)。

　　PLCC，Cerquad，LLCC和LDCC都是四周排列类封装， 其引线排列在封装的所有四边。

　　第三阶段：上世纪90 年代， 随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI，vLSI，uLSI相继出现， 对集成电路封装要求更加严格，i/o引脚数急剧增加， 功耗也随之增大， 因此， 集成电路封装从四边引线型向平面阵列型发展，出现了球栅阵列封装(BGA)，并很快成为主流产品。

　　二、新型微电子封装技术

　　(一)焊球阵列封装(BGA)

　　阵列封装(BGA)是世界上九十年代初发展起来的一种新型封装。

　　BGA封装的i/o端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是：i/o引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;组装可用共面焊接，可靠性高。

　　这种BGA的突出的优点：1.电性能更好：BGA用焊球代替引线，引出路径短，减少了引脚延迟、电阻、电容和电感;2.封装密度更高;由于焊球是整个平面排列，因此对于同样面积，引脚数更高。

　　例如边长为31mm的BGA，当焊球节距为1mm时有900只引脚，相比之下，边长为32mm，引脚节距为0.5mm的qfp只有208只引脚;3.BGA的节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，与现有的表面安装工艺和设备完全相容，安装更可靠;4.由于焊料熔化时的表面张力具有 “自对准”效应，避免了传统封装引线变形的损失，大大提高了组装成品率;5.BGA引脚牢固，转运方便;6.焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。

　　因此，BGA得到爆炸性的发展。

　　BGA因基板材料不同而有塑料焊球阵列封装(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可应用于表面安装，这是它的主要优点。

　　(二)芯片尺寸封装(CSP)

　　CSP(chip scale package)封装，是芯片级封装的意思。

　　CSP封装最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。

　　CSP封CSP封装装可以让芯片面积与封装面积之比超过1：1.14，已经相当接近1：1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于tSOp内存芯片面积的1/6。

　　与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。

　　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。

　　LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%的封装称为CSP。

　　由于许多CSP采用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.保护裸芯片;3.电、热性优良;4.封装密度高;5.便于测试和老化;6.便于焊接、安装和修整更换。

　　一般地CSP，都是将圆片切割成单个IC芯片后再实施后道封装的，而wlCSP则不同，它的全部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的，最a后将圆片直接切割成分离的独立器件。

　　CSP封装内存芯片的中心引脚形式有效地缩短了信号的传导距离，其衰减随之减少，芯片的抗干扰、抗噪性能也能得到大幅提升。

　　CSP技术是在电子产品的更新换代时提出来的，它的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更复杂)替代以前的小芯片时，其封装体占用印刷板的面积保持不变或更小。

　　wlCSP所涉及的关键技术除了前工序所必须的金属淀积技术、光刻技术、蚀刻技术等以外，还包括重新布线(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，需将这些焊盘重新分布，使这些焊盘由芯片周边排列改为芯片有源面上阵列排布，这就需要重新布线(RDL)技术。

　　三、微电子封装技术的发展趋势

　　微电子封装技术是90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMt)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。

　　多芯片组件(MCM)就是当前微组装技术的代表产品。

　　它将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上，然后封装在外壳内，是电路组件功能实现系统级的基础。

　　CSP的出现解决了KGD问题，CSP不但具有裸芯片的优点，还可象普通芯片一样进行测试老化筛选，使MCM 的成品率才有保证，大大促进了MCM的发展和推广应用。

　　目前MCM已经成功地用于大型通用计算机和超级巨型机中，今后将用于工作站、个人计算机、医用电子设备和汽车电子设备等领域。

　　四、结束语

　　从以上介绍可以看出，微电子封装，特别是BGA、CSP、SIP、3D、MCM 等先进封装对SMt的影响是积极的，当前更有利于SMt的发展，将来也会随着基板技术的提高，新工艺、新材料、新技术、新方法的不断出现，促进SMt向更高水平发展。

　　微电子封装点胶技术研究【2】

　　摘 要：随着科技的发展，微电子封装点胶技术由传统的接触式点胶方式向无接触式点胶技术转变。

　　本文就微电子封装点胶技术中的接触式点胶和无接触式点胶技术进行了详尽的介绍。

　　关键词：微电子封装;接触式点胶;无接触式点胶

　　随着现代科技的发展，基于微电子技术的流体点胶技术在芯片固定、封装倒扣以及芯片涂敷中得以广泛应用。

　　流体点胶技术以受控的方式对流体精确分配，可将理想大小的流体，如焊剂、导电胶、环氧树脂和粘合剂等，转移到工件诸如芯片、电子元件等合适位置。

　　从而实现各种元器件机械或者电气的连接。

　　基于微电子封装点胶技术的优势特点是操作系统性能好，点胶速度快和点胶一致性优良、精度高等特点[2]。

　　1 点胶技术综述

　　基于点胶原理的不同，可将点胶技术分为接触式点胶和无接触式点胶[3，4]，如图1所示。

　　接触式点胶的工作原理是通过点胶针头引导液同基板接触，经过一段时间后待基板完全浸润后，点胶针头开始向上运动，胶液依靠同基板间的黏性力同点胶针头分离在基板上形成胶点。

　　接触式点胶技术的特点是需要配置高精度的传感器来控制针头抬起和下降高度。

　　无接触式点胶是采用相关方式使胶液受到高压作用，胶液在获得足够大的动能后按照规定的速度喷射到基本之上。

　　胶液在喷射时，针头没有Z轴方向位移[3]。

　　近几年来，点胶技术得以快速发展，已经从接触式点胶技术向无接触式点胶技术转变。

　　当前国外已经开始研究和开发无接触式点胶技术，并取得了一定的成绩。

　　不过，就我国而言，目前还有超过一般以上的点胶系统仍旧采用接触式针头点胶，且以时间/压力型为主[2];无接触式点胶系统市场份额占有率低下，所以，针对我国点胶技术发展实际，加强对精度高、可靠性强的流体点胶技术研究和开发势在必行[5]。

　　2 接触式点胶

　　2.1大量式点胶

　　大量式点胶可细分为针转式点胶和丝网印刷式点胶两种。

　　大量式点胶的突出特点是点胶速度快。

　　可适用于印刷电路板的大规模生产线，其缺点是柔性差，点胶的精度不是很高，一致性差，且胶液是直接暴露在空气中，胶液容易吸水和挥发，影响胶液质量。

　　针转移式点胶的适应性比较差，对于不同的点胶样式需要更换针板，在点胶时需不停加热，重复适用性差。

　　丝网印刷式点胶仅仅适用表面比较平整的元器件，而对于表面凸凹不平的集成电路则不适用。

　　[2，4，6]。

　　2.2 针头式点胶

　　2.2.1 计量管式点胶和活塞式点胶

　　计量式点胶和活塞式点胶是继大量式点胶后的一种新型点胶方式。

　　这两种点胶方式都是通过压力驱动胶液流出完成点胶。

　　计量式点胶是由螺旋杆旋转提供压力，在压力作用下胶液流出，针头按照一定的轨迹移动可画出线或者圆等图案。

　　活塞式点胶是通过活塞作用推动胶液流出完成点胶。

　　该点胶方式的一致性好，不过胶液的量不好控制，活塞清洗困难，对活塞的密封性要求极高[2，4，6]。

　　2.2.2 时间/压力型点胶

　　时间/压力型点胶是当前应用最为广泛的点胶方式之一，该种点胶方式最早的应用在表面贴装中。

　　其工作原理是通过脉动气压挤压针筒内的活塞，将流体通过底部针头挤出到基板上。

　　该种点胶技术适用于黏度不是很高的流体;其胶点大小同气体压力和时间有关。

　　该种点胶设备的造价比较低，容易操作，维护和清洗方便。

　　不过该种点胶方式对流体的黏度很敏感，气压反复压缩使流体温度逐渐升高，对流体的流变特性造成了一定影响，比如胶液流出的直径大小不一，点胶一致性效果差。

　　3 无接触式点胶

　　无接触式点胶是当前一种基于微电子技术的新型点胶技术，该点胶技术可细分为喷墨点胶和喷射点胶。

　　其中喷射点胶又分为机械式喷射点胶和压电式喷射点胶两种方式。

　　3.1 喷墨技术

　　喷墨技术指的是将墨水喷涂到基底上面的技术。

　　喷墨方式有热气泡式和压电式。

　　该种技术主要应用在印刷、压电式喷墨和药剂生产方面。

　　热气泡式喷墨是对热敏电阻通电，产生热能加热墨水产生气泡，气泡爆破后墨水喷出形成墨滴;压电式喷墨是利用压电材料压电效应产生机械力，通过机械力将墨水“挤”或“推”出去。

　　不过需要提出的是，微电子封装中所使用的流体黏度一般都比较高，而喷墨技术只适用于低黏度流体的喷墨。

　　在流体材料适用性方面表现的能力比较欠缺。

　　3.2 喷射点胶技术

　　喷射点胶技术当前还处于研发阶段，技术还不够成熟。

　　该技术主要是通过瞬间高压作用驱动胶液喷出，每次喷射只能形成一个胶点。

　　经过多次喷射后胶点叠加在一起形成图案。

　　喷射点胶基本上对各种黏度的流体适用。

　　并且喷射的速度快、适应性和一致性好。

　　当前，喷射点胶技术有机械式和压电式两种。

　　其中，压电式点胶适用于低、中黏度流体;机械式点胶适用于黏度高的流体。

　　3.2.1 机械式喷射点胶

　　机械式喷射点胶主要用于喷射高黏度流体，目前在电子生产领域得以广泛应用。

　　采用机械师喷射点胶，流体在比较低的压力作用下就能进入到料腔内。

　　一般而言，芯片下填充料粘结剂的压力控制在0.1MPa左右;液晶类黏度比较低的材料压力控制在0.01MPa左右。

　　该技术的特点是液体在喷嘴位置可获得极强瞬时压力，可对黏度高的流体进行喷射;其缺点是喷射出的胶点要比压电式、热气泡式所喷射的胶点尺寸大很多[3，7]，并且其结构比较复杂，喷射频率要低于压电式。

　　3.2.2压电式喷射点胶

　　压电式喷射点胶装置主要有两大类型。

　　一类是压电式点胶作为热喷墨印刷技术应用于LED中有机颜料的注入;另一类是压电式喷射点胶是应用于电子器件紫外固化粘结剂包封。

　　4 结语

　　综上，随着现代科学技术的发展，微电子封装点胶技术必将会向新台阶迈进。

　　本文针对微电子封装的接触式点胶技术和无接触式点胶技术的应用及优缺点进行了简要的介绍和分析。

　　仅供业内人士参考。

　　参考文献

　　[1]李晓琴，王红美.流体点胶技术分类及发展趋势[J].科学技术，2009(17)：26-28.

　　[2] 赵翼翔，陈新度，陈新.微电子封装中的流体点胶技术综述[J].液压与气动，2006(2)：52-54.

　　[3] 房加强，于治水，苌文龙，王波，姜鹤明. 微电子封装中焊点的电迁移现象分析与研究[J]. 上海工程技术大学学报. 2013(01)

　　[4] 罗艳碧. 第四代微电子封装技术-TVS技术及其发展[J]. 科技创新与应用. 2014(07)

　　[5] 罗德容，黄其煜，程秀兰.无接触喷射式点胶技术的应用[J].电子与封装，2009，9(6)：5-8.

【微电子封装技术的发展趋势】相关文章：

微电子技术个人简历模板10-06

园林建筑技术发展趋势论文10-08

现代通信技术发展趋势论文（精选10篇）08-31

计算机技术未来发展趋势论文10-09

建筑工程技术特点及发展趋势论文10-10

机械数控技术应用现状与发展趋势论文10-08

数控技术现状与发展趋势探讨论文10-08

物理学与微电子科学技术的发展研究论文10-08

计算机信息技术发展趋势的论文10-09

浅析建筑工程结构检测技术的发展趋势论文10-08