微電子封裝技術的優勢與應用

夏旭暉

（江蘇省信息中心，江蘇 南京 210013）

0 引言

在電子產品高性能、高集成以及小型化發展背景下，微電子技術應用需求呈現出日益上升的趨勢。微電子技術逐漸發展為信息社會的支柱性產業，發揮的作用越來越大。而微電子技術發展的重要標志在于半導體集成電路飛速發展[1]。近年來，我國在微電子技術方面的重視度逐漸提升，而且積極布局投入，隨著社會創新氛圍的日益濃郁，微電子技術獲得迅速發展和進步。就微電子發展水平進行分析，IC芯片技術以及微電子封裝技術息息相關，聯系密切，兩者是相互促進的關系，所以說，微電子封裝技術向著小型化轉變，促使其更好地滿足環保要求。

1 微電子封裝技術發展現狀

自20世紀以來，通信行業獲得快速發展，進而促使微電子行業成為世界重要產業之一，并逐漸發展為我國重要支柱產業。目前，微電子被分離成三個獨立產業，分別是設計產業、制造產業以及封裝產業，這三個產業都是我國支柱性產業。在現代社會快速發展的背景下，微電子封裝技術成為IT行業關鍵性技術，也是微電子產業關鍵性組成部分之一。從微電子封裝技術定義上進行分析，主要是指將大量半導體電子元件進行組裝，使其成為完整封裝體，且電源需要由外界提供。從某種程度上講，微電子封裝可以促使IC得到正常運作，最大限度避免外界干擾，因此微電子封裝必須要在電子器件方面滿足用戶個性化設計需求，保證質量等各方面指標是合格的、可靠的[2]。

目前，微電子封裝技術具有非常多的種類，根據封裝方式進行劃分，可以分為通孔入式以及表面安裝式。將微電子封裝技術按照發展階段進行劃分，可以分成以下三個階段：第一是20世紀70年代，微電子封裝技術屬于傳統形式的插裝型封裝，發展到20世紀70年代后期時，逐漸以雙列直插封裝為主，且該類型封裝技術獲得廣泛應用，例如模壓陶瓷等。第二是20世紀80年代，常見的微電子封裝技術為表面安裝技術，該時期的封裝技術發展得比較成熟了，然而因表面封裝技術引線排列方面存在一定缺陷，若要使表面全部引線維持共面狀態的難度非常大[3]。為了緩解這一困難，就發展處一種新的技術，那就是引線扁平封裝技術。該技術與插裝型封裝技術進行對比，鮮明的特點就在于封裝大小與操作難度都大大減小。第三是20世紀90年代，在現代化社會發展的背景下，電子技術得到迅速發展，且集成電路技術發展水平也在日益提升，大量新技術頻繁出現，從而使其對現存微電子封裝技術提出了更加嚴格的要求，四邊引線封裝發展為平面型封裝，并且成為現代社會應用最為廣泛的封裝技術。發展到20世紀90年代后期時，封裝技術積極革新，使現在微電子封裝技術向著小型化與低功耗的方向邁進。

2 微電子封裝技術優勢分析

當一塊IC制造完成后，就包含著所有設計功能的有效發揮，而且具有非常強的可靠性。從某種程度上講，芯片“封裝”環節的存在本來是意義不大的，究其原因在于封裝不會添加價值，反之，不適宜的電子封裝還會導致功能下降。很早之前，系統開發者已經嘗試擺脫封裝，直接將IL設置安裝于電路基板上。從實踐上來看，IBM公司的凸點倒裝芯片以及AT&T公司的梁式引線都進行了實踐，之后Delco Electronics Lucent公司將芯片焊接到陶瓷基板上。然而，在實際操作過程中，不需要封裝的IC會受到多種因素的影響，往往難以實現。其實，使用封裝的IC也存在一些好處，比如，可以對脆弱敏感芯片進行保護，還方便傳送、返修以及測試等，有助于實現引腳的標準化，讓裝配工作更加科學化，還能夠改善IC熱失配等[5]。綜上所述，各類微電子IC芯片還是需要封裝的，促使微電子封裝技術快速發展。

在微電子技術持續發展的背景下，芯片特征以及尺寸日益縮小，一塊芯片可以集成六七千萬甚至是更多電路，增強了集成電路功能，與此同時，整機以及系統都呈現出小型化、高可靠性、高性能以及高密度的趨勢，價格比競爭日益強烈，IC品種不斷擴展，上述因素都促使微電子封裝快速向前發展，不同類型的封裝結構層出不窮。從某種程度上講，微電子封裝技術水平提升，又反作用于IC以及電子器件發展。電子系統小型化以及高性能化發展趨勢，促使電子封裝的價值提升，甚至可以與芯片價值相提并論了。比如，同樣功能電子系統不僅能夠采用單芯片封裝方式進行組裝，而且還能夠采用MCM封裝技術組裝。兩者進行對比發現，后者的封裝技術密度更高，且性能更好，與等效單芯片封裝比較的體積能夠減小80%～90%之間，芯片延遲也會減小75%。從中可以分析出，電子封裝在電子整機系統發展中意義重大。微電子封裝會直接影響IC電性能以及熱性能等的發揮，還會間接影響其可靠性以及成本，在電子整機系統可靠性發展與小型化發展中發揮著決定性作用。與此同時，隨著大量新型IC運用高I／O引腳數封裝，其成本在總成本中的比重逐漸上升，而且還會更高。現階段，國際上已經把電子封裝作為獨立產業發展，其重要性與IC設計、制造以及測試并列，這四大支柱產業相互獨立，但是又密不可分，對電子信息產業發展乃至國民經濟發展都關系重大。根據相關研究結果顯示，在50年前的時候，每個家庭僅僅有5只有源器件，然而發展到今天已經有10億只晶體管了。換言之，電子封裝與國計民生息息相關，重要性是不言而喻的。此外，微電子封裝技術所涉及的范圍日益擴大，被應用到了各類材料以及電子等多種學科，并受到人們的高度重視，是與IC芯片技術同步發展的重要高新產業之一。

3 微電子封裝技術應用分析

3.1 表面封裝技術

從專業化角度出發，微電子封裝技術采用的常用技術為釬焊技術，工作原理在于將表面電子元件有效釬焊到焊盤上，從而確保原件以及焊盤之間存在非常可靠的電路功能。就微電子封裝技術釬焊特征上進行分析，主要包括：（1）針對表面組裝技術中的軟釬焊技術而言，釬焊中含有的釬劑可以有效去除金屬表面雜質，讓芯片表面更加的干凈，使其敏感性更高，還能夠提升芯片的實際使用壽命，可以說在其中發揮著相應的潤滑作用。（2）釬焊金屬以及釬料之間可以形成相應的金屬物質，促使封裝過程向著便捷化方向發展。

3.2 芯片級互聯技術

從某種程度上講，芯片級互聯技術屬于電子封裝技術的重要基礎，在電子封裝中發揮著非常關鍵的作用，不管是芯片裝連還是電子封裝，往往都是需要在基板上操作的，所以說都需要運用到互聯技術，從而使微互聯發展為封裝技術核心。從目前微互聯技術包含內容上進行分析，包含：（1）引線鍵合技術，其主要內容在于將半導體芯片以及電子封裝外部借助一定手段進行連接。與此同時，載體自動焊技術屬于較高水準的技術，作為互聯技術之一，技術內容在于根據導體圖樣完成高聚物引腳工作。（2）將相應晶片有效放入到所對應的鍵合區，然后借助熱電極實現全部引線有序鍵合，直到鍵合到目前位置為止。實際上，載體自動焊技術與其他技術進行對比，發展還是比較成熟的，優點在于制作成本相對較低，且操作過程比較簡單。（3）倒裝芯片技術屬于微電子封裝的主要技術，特點在于將芯片直接倒置于相應基片上，優點在于焊區可以放置到芯片任意地方，從而大大提升了芯片利用率，發展著非常關鍵的作用，應用意義重大。

4 微電子封裝技術發展趨勢分析

從IC發展趨勢上進行分析，隨著電子整機以及系統多功能化以及高性能化的發展，微電子封裝技術也會向著多功能以及低成本等方向發展，而且微電子封裝技術還會更加小型化，使用更加的便捷，從根本上提升微電子封裝的性價比?？傮w而言，微電子封裝技術發展趨勢可以包含以下幾個方面的內容：

（1）微電子封裝將會具備更多I／0引腳數。（2）微電子封裝將會具有更高電性能以及熱性能。（3）微電子封裝將會向著更輕、更薄以及更小發展。（4）微電子封裝安裝、使用及返修將會更加便捷。（5）微電子封裝將會具有更高的可靠性。（6）微電子封裝將會具有更高的性能價格比，成本也會更低，做到物美價廉。

5 結語

總而言之，如果說將集成電路設計作為微電子產業大腦，則封裝技術就屬于微電子產業的重要脊梁。現階段，國家與社會各界都高度重視微電子集成電路發展，并積極布局，促使封裝技術日益強大，并為微電子行業注入新的發展力量，是我國科技強國發展戰略的重要體現，有助于積極引進高精尖產業人才，促使微電子行業可持續發展?？茖W技術是第一生產力，微電子技術屬于信息型社會的核心產業，未來會占據時代高點。因此，須要重視微電子技術發展，促使微電子封裝技術不斷創新，使其成為推進社會進步的不可替代的重要力量。