微電子封裝的關鍵技術及應用前景探析

黃永堂

【摘要】：隨著電子產品小型化、高集成度的發展趨勢，電子產品的封裝技術正逐步邁入微電子封裝時代。本文對微電子封裝的關鍵技術進行了介紹，，作為微電子封裝的關鍵技術主要有TCP、BGA、FCT、CSP、MCM和三維封裝等關鍵技術。同時，本文對微電子封裝技術的應用前景進行了綜述。

【關鍵詞】：微電子封裝； 關鍵技術 ； 應用前景

【引言】：近年來，各種各樣的電子產品已經在工業、農業、國防和日常生活中得到了廣泛的應用。伴隨著電子科學技術的蓬勃發展，使得微電子工業發展迅猛，這很大程度上是得益于微電子封裝技術的高速發展。這樣必然要求微電子封裝要更好、更輕、更薄、封裝密度更高，更好的電性能和熱性能，更高的可靠性，更高的性能價格比，因此采用什么樣的封裝關鍵技術就顯得尤為重要。

1. 微電子封裝的概述

1.1微電子封裝的概念

微電子封裝是指利用膜技術及微細加工技術，將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出連線端子并通過可塑性絕緣介質灌封固定，構成整體立體結構的工藝。在更廣的意義上講，是指將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統或電子設備，并確定整個系統綜合性能的工程【1】。

1.2微電子封裝的目的

微電子封裝的目的在于保護芯片不受或少受外界環境的影響，并為之提供一個良好的工作條件，以使電路具有穩定、正常的功能。

1.3微電子封裝的技術領域

微電子封裝技術涵蓋的技術面積廣，屬于復雜的系統工程。它涉及物理、化學、化工、材料、機械、電氣與自動化等各門學科，也使用金屬、陶瓷、玻璃、高分子等各種各樣的材料，因此微電子封裝是一門跨學科知識整合的科學，整合了產品的電氣特性、熱傳導特性、可靠性、材料與工藝技術的應用以及成本價格等因素。

2 微電子封裝領域中的關鍵技術

目前，在微電子封裝領域中，所能夠采用的工藝技術有多種。主要包括了柵陣列封裝（BGA）、倒裝芯片技術（FC）、芯片規模封裝（CSP）、系統級封裝（SIP）、三維（3D）封裝等（以下用簡稱代替）【2】。下面對這些微電子封裝關鍵技術進行一一介紹，具體如下：

2.1 柵陣列封裝

BGA是目前 微電子封裝的主流技術，應用范圍大多以主板芯片組和CPU等大規模集成電路封裝為主。BGA的特點在于引線長度比較短，但是引線與引線之間的間距比較大，可有效避免精細間距器件中經常會遇到的翹曲和共面度問題。相比其他封裝方式，BGA的優勢在于引線見巨大，可容納更多I/0；可靠性高，焊點牢固，不會損傷引腳；有較好的點特性，頻率特性好；能與貼裝工藝和設備良好兼容等。

2.2 倒裝芯片關鍵技術

倒裝芯片技術，即：FCW。其工藝實現流程就是將電路基板芯片上的有源區采用相對的方式，將襯底和芯片通過芯片上的焊料凸點進行連接，需要說明的是，這些凸點是呈陣列的方式排列。采用這種封裝的方式，其最大的特點就在于具有比較高的I/O密度。而其相對于其他微電子封裝技術的優勢在于：第一，具備良好散熱性能；第二，外形尺寸減小；第三，壽命提升，可靠性良好；第四，具備較高密度的I/O；第五，裸芯片的具備可測試性。

2.3 芯片規模封裝

CSP是與BGA處于同一個時代的封裝技術。CSP在實際運用中，采用了許多BGA的形式。一般行業中在對二者進行區分時，主要是以焊球節距作為參考標準。一般焊球節距作小于1mm便是CSP，而高于1mm便是BGA。相對于BGA，CSP具有很多突出的優勢，如：具備優良的電、熱性；具備高封裝密度；超小型封裝；易于焊接、更換和修正；容易測定和老化；操作簡便等。主要有適用于儲存器的少引腳CSP和適用于ASCI的多引腳CSP。

2.4三維（3D）封裝

三維封裝，即是向空間發展的微電子組裝的高密度化。它不但使用組裝密度更高，也使其功能更多、傳輸速度更高、功耗更低、性能及可靠性更好等。

2.5多芯片模式

多芯片模式（MCM），是指多個半導體裸芯片表面安裝在同一塊布線基板上。按基板材料不同，分為MCM-L、MCM-C、MCM-D三大類。

①MCM-L是指用通常玻璃、環氧樹脂制作多層印刷電路基板的模式。布線密度高而價格較低。

②MCM-C通過厚膜技術形成多層布線陶瓷，濱海高以此作為基板。布線密度比MCM-L高。

③MCM-D通過薄膜技術形成多層布線陶瓷或者直接采用Si、Al作為基板，布線密度最高，價格也高。

2.6系統級封裝

SIP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。與SOC（System On a Chip系統級芯片）相對應。不同的是系統級封裝是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式，而SOC則是高度集成的芯片產品。

3.微電子封裝領域的應用前景

21世紀的微電子封裝概念已從傳統的面向器件轉為面向系統，即在封裝的信號傳遞、支持載體、熱傳導、芯片保護等傳統功能的基礎上進一步擴展，利用薄膜、厚膜工藝以及嵌入工藝將系統的信號傳輸電路及大部分有源、無源元件進行集成，并與芯片的高密度封裝和元器件外貼工藝相結合，從而實現對系統的封裝集成，達到最高密度的封裝。

在近期內，BGA技術將以其性能和價格的優勢以最快增長速度作為封裝的主流技術繼續向前發展；CSP技術有著很好的前景，隨著其成本的逐步降低將廣泛用于快速存儲器、邏輯電路和ASIC等器件在各類產品中的封裝；在今后不斷的封裝中，FCT技術將作為一種基本的主流封裝技術滲透于各種不同的封裝形式中；隨著便攜式電子設備市場的迅速擴大，適用于高速、高性能的MCM發展速度相當驚人；三維封裝是發展前景最佳的封裝技術，隨著其工藝的進一步成熟，它將成為應用最廣泛的封裝技術【3】。

結束語

關鍵性封裝技術在推動更高性能、更低功耗、更低成本和更小形狀因子的產品上發揮著至關重要的作用。在芯片-封裝協同設計以及為滿足各種可靠性要求而使用具成本效益的材料和工藝方面，還存在很多挑戰。為滿足當前需求并使設備具備高產量大產能的能力，業界還需要在技術和制造方面進行眾多的創新研究。

【參考文獻】：

[1]羅艷碧.第四代微電子封裝技術-TVS技術及其發展[J].科技創新與應用，2014（7）：3-4.

[2]關曉丹，梁萬雷.微電子封裝技術及發展趨勢綜述[J].北華航天工業學院學報，2013（1）：34-37.

[3]張力元.微電子封裝技術的發展趨勢[J].云南科技管理，2012（4）：42-45