微電子制造和封裝技術發展

王洋

摘要：微電子技術作為當今工業信息社會的重要技術之一，是電子信息產業的“心臟”。而半導體集成電路技術的迅速進步和發展是微電子技術的重要標志。多年來，隨著我國對微電子技術的重視和積極布局投資，加上社會創新發展的良好氛圍，我國的微電子技術得到了迅速的發展和進步。目前，我國生產的集成芯片已廣泛應用于射頻通信、雷達電子、數字多媒體處理器等領域。但總體而言，我國IC核心基礎元器件的研發水平和制造能力與較早發達國家相比還有一定差距。只有不斷積極安排，完善創新體系，才能逐步與世界先進水平接軌。集成電路技術包括電路設計、制造工藝、封裝和測試等幾大技術系統，隨著集成電路產業的深入發展，制造和封裝技術已成為微電子產業的重要支柱。本文將對微電子制造與封裝技術的發展與應用進行簡要的描述和研究。

關鍵詞：微電子制造;封裝技術;發展

引言

隨著電子產品高度集成化、小型化和高性能的發展趨勢，對微電子技術的要求也越來越高。微電子技術作為信息社會的重要支柱產業，發揮著越來越重要的作用。以集成電路制造和封裝技術為核心的微電子技術的發展是其發展的關鍵。本文簡要論述了微電子制造與封裝技術的發展歷程、技術現狀和發展方向。只有繼續積極布局和推動微電子技術的發展，我國才能在信息社會中處于領先地位。

1微電子制造技術

集成電路制造工藝主要可以分為材料工藝和半導體工藝。材料工藝包括各種圓片的制備，包括從單晶拉制到外延的多個工藝，傳統Si晶圓制造的主要工藝包括單晶拉制、切片、研磨拋光、外延生長等工序，而GaAs的全離子注入工藝所需要的是拋光好的單晶片（襯底片），不需要外延。半導體工藝總體可以概括為圖形制備、圖形轉移和擴散形成特征區等三大步。圖形制備是以光刻工藝為主，目前最具代表性的光刻工藝制程是28nm。圖形轉移是將光刻形成的圖形轉移到電路載體，如介質、半導體和金屬中，以實現集成電路的電氣功能。注入或擴散是通過引入外來雜質，在半導體某些區域實現有效摻雜，形成不同載流子類型或不同濃度分布的結構和功能。

從歷史進程來看，硅和鍺是最早被應用于集成電路制造的半導體材料。隨著半導體材料和微電子制造技術的發展，以GaAs為代表的第二代半導體材料逐漸被廣泛應用。直到現在第三代半導體材料GaN和SiC已經憑借其大功率、寬禁帶等特性在迅速占據市場。在這三代半導體材料的迭代發展中，其特征尺寸逐漸由毫米縮小到當前的14納米、7納米水平，而在當前微電子制造技術的持續發展中，材料和設備正在成為制造能力提升的決定性因素，包括光刻設備、掩模制造技術設備和光刻膠材料技術等。材料的研發能力、設備制造和應用能力的提升直接決定著當下和未來微電子制造水平的提升。

總之，推動微電子制造技術發展的動力來自于應用設計需求和其自身的發展需要。從長遠看，新材料的出現帶來的優越特性，是帶動微電子器件及其制造技術的提升的重要表現形式。較為典型的例子是GaN半導體材料及其器件的技術突破直接推動了藍光和白光LED的誕生，以及高頻大功率器件的迅速發展。作為微電子器件服務媒介，信息技術的發展需求依然是微電子制造技術發展的重要動力。信號的生成、存儲、傳輸和處理等在超高速、高頻、大容量等技術要求下飛速發展，也會持續推動微電子制造技術在加工技術、制造能力等方面相應提升。微電子制造技術發展的第二個主要表現形式是自身能力的提升，其主要來自于制造設備技術、應用能力的迅速發展和相應配套服務材料技術的同步提升。

2微電子封裝技術

微電子封裝的技術種類很多，按照封裝引腳結構不同可以分為通孔插裝式和表面安裝式。通常來說集成電路封裝技術的發展可以分為三個階段：第一階段，20世紀70年代，當時微電子封裝技術主要是以引腳插裝型封裝技術為主。第二階段，20世紀80年代，SMT技術逐漸走向成熟，表面安裝技術由于其可適應更短引腳節距和高密度電路的特點逐漸取代引腳直插技術。第三階段，20世紀90年代，隨著電子技術的不斷發展以及集成電路技術的不斷進步，對于微電子封裝技術的要求越來越高，促使出現了BGA、CSP、MCM等多種封裝技術。使引腳間距從過去的1.27mm、0.635mm到目前的0.5mm、0.4mm、0.3mm發展，封裝密度也越來越大，CSP的芯片尺寸與封裝尺寸之比已經小于1.2。

目前，元器件尺寸已日益逼近極限。由于受制于設備能力、PCB設計和加工能力等限制，元器件尺寸已經很難繼續縮小。但是在當今信息時代，依然在持續對電子設備提出更輕薄、高性能的需求。在此動力下，依然推動著微電子封裝繼續向MCM、SIP、SOC封裝繼續發展，實現IC封裝和板級電路組裝這兩個封裝層次的技術深度融合將是目前發展的重點方向。

芯片級互聯技術是電子封裝技術的核心和關鍵。無論是芯片裝連還是電子封裝技術都是在基板上進行操作，因此這些都能夠運用到互聯的微技術，微互聯技術是封裝技術的核心，現在的微互聯技術主要包含以下幾個：引線鍵合技術，是把半導體芯片與電子封裝的外部框架運用一定的手段連接起來的技術，工藝成熟，易于返工，依然是目前應用最廣泛的芯片互連技術;載體自動焊技術，載體自動焊技術可通過帶盤連續作業，用聚合物做成相應的引腳，將相應的晶片放入對應的鍵合區，最后通過熱電極把全部的引線有序地鍵合到位置，載體自動焊技術的主要優點是組裝密度高，可互連器件的引腳多，間距小，但設備投資大、生產線長、不易返工等特性限制了該技術的應用。倒裝芯片技術是把芯片直接倒置放在相應的基片上，焊區能夠放在芯片的任意地方，可大幅提高I/O數量，提高封裝密度。但凸點制作技術要求高、不能返工等問題也依然有待繼續研究，芯片倒裝技術是目前和未來最值得研究和應用的芯片互連技術。

總之，微電子封裝技術經歷了從通孔插裝式封裝、表面安裝式封裝、窄間距表面安裝焊球陣列封裝、芯片級封裝等發展階段。目前最廣泛使用的微電子封裝技術是表面安裝封裝和芯片尺寸封裝及其互連技術，隨著電子器件體積繼續縮小，I/O數量越來越多，引腳間距越來越密，安裝難度越來越大，同時，在此基礎上，以及高頻高密度電路廣泛應用于航天及其他軍用電子，需要適應的環境越來越苛刻，封裝技術的可靠性問題也被擺上了新的高度。

結束語

如果說集成電路設計是微電子產業的大腦，那么其制造和測試技術就是微電子產業的支柱。作為國家和社會各界的微電子集成電路產業高度重視，積極布局，集成電路制造和包裝技術在中國是越來越強大的同時，對微電子產業的發展進入內核和強有力的支持，并體現了科學和技術的力量在中國的指導下先進行業蓬勃發展的驅動力。簡而言之，在時代的科學技術作為第一生產力，微電子技術作為現代信息社會的重要基礎和核心產業，將占領時代的高點，并繼續堅定不移地推動微電子技術的發展和進步，是實現現代化的唯一途徑。因此，微電子技術將在當前和未來對推動社會進步發揮不可替代的關鍵作用。

參考文獻

[1]宋奇.淺談微電子技術的應用[J].數字技術與應用，2011（3）：153.

[2]程曉芳.微電子技術的現狀和發展趨勢[J].山西電子技術，2012（4）：93-94.

[3]許正中，李歡.我國微電子技術及產業發展戰略研究[J].中國科學基金，2010（3）：155-160.