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    新型微電子封裝技術的特點

    來源:UC論文網2016-06-21 15:02

    摘要:

    微電子技術作為信息技術的基本物理支撐,是工業現代化的重要標志。

      1.微電子封裝技術概述
     
      通常所講的微電子封裝技術主要是運用一些特種材料對半導體繼承電路芯片進行固定、封裝、保護,同時應預留芯片引腳接點。由此可見,微電子封裝技術主要提供的功能大致包括如下幾個方面,首先,應對芯片電路等提供機械保護,有效的避免由于機械碰撞帶來的元器件損害,同時應保障其電磁環境的穩定性,使得所封裝的芯片電路在一定程度上不受外界環境的影響;其次,應保障信號和電流的通路,電流是芯片運轉的必須,而芯片作用的發揮應保障其引腳信號的輸入輸出通暢;再次,隨著高頻芯片的發展,散熱問題成為微電子封裝技術必須考慮的功能之一,尤其是一些數據處理的CPU芯片和圖形處理芯片,散熱成為其發揮穩定功能的必要環境支撐。
     
      微電子封裝根據封裝的器件層級大致劃分為零級封裝(主要指電路元件和基本器件等)、一級封裝(集成電路芯片和芯片附件進行組合封裝,形成具有一定功能的組件)、二級封裝(在印刷電路板或其他基板上進行多芯片和多元件的組裝)。
     
      近年來,微電子封裝技術伴隨著新型材料技術以及電子工業的發展,在封裝成本的收縮性、封裝的可靠性、新材料的運用、電源和信號的分配等方面都有了很大的提升,使得微電子領域邁入了一個嶄新的高度,下文將通過簡單介紹一些典型的新型微電子封裝技術(BGA、CSP、3D封裝等),來探討微電子封裝技術的特點。
     
      2.幾種典型的新型微電子封裝技術介紹
     
      2.1BGA封裝技術
     
      BGA(BallGridArray),中文全稱是焊球陣列封裝,BGA技術誕生于上世紀90年代,技術成熟度較高。BGA封裝主要是將I/O端與基板通過球柱形焊點陣列進行封裝,通常作為表面固定來使用。BGA封裝技術有諸多優點,如,陣列密度高、電性能較高,封裝的可靠性好、組裝成品率高等。根據BGA基板材料的不同選用,又可細分為塑料焊球陣列、陶瓷焊球陣列、金屬焊球陣列等。需要提及的是,裝芯片焊球陣列封裝作為較為復雜的BGA封裝技術是未來BGA發展的方向。
     
      2.2CSP封裝技術
     
      CSP(ChipScalePackage)中文全稱芯片尺寸封裝,同樣誕生于上世紀90年代,CSP封裝技術標準主要依據內核與封裝面積比例的大小(小于或者等于1:1.2)。CSP為計算機小型化、微型化以及可攜帶性的提供了技術基礎。芯片級封裝的技術優點主要體現在,微型化;良好的電性能;封裝密度;為測試和維修更換帶來了較大便利等。目前全球各類芯片級的封裝產品達到上百種,另外WLCSP(圓片級封裝)是目前各類1C公司在封裝技術發展和研宄的熱點。
     
      2.33D封裝技術
     
      3D封裝技術也稱為三維封裝。主要是應對微電子高密度立體式的組裝,伴隨著移動互聯網的發展,手持設備需求量的幾何式增長,多個芯片組立體式的封裝需求 推動著三維封裝的極速發展。三維封裝的技術優點主要是:更高密度的封裝、電性能熱性能更為突出、所支撐的功能性極大的豐富、封裝高可靠性等。
     
      限于篇幅的原因,文章選取了幾個具有代表性微電子封裝技術,進行了簡要的介紹,微電子封裝技術遠不止上文所述,分類特點也是極其豐富的。
     
      3.新型微電子封裝技術特點分析
     
      3.1高密度的封裝
     
      伴隨著薄膜、嵌入等工藝的發展,結合元器件外貼技術的不斷成熟,高密度封裝是新型微電子技術發展的特點之一。高密度封裝使得電路芯片在功能性發揮、小微型化的發展、元器件可靠性的提升方面都有著發揮著重要的作用。高密度的封裝特性無論是對BGA封裝技術的提升,還是進一步提升CSP標準的芯片級別的封裝還是隨著立體式的綜合性3D微電子封裝技術都有著重要的意義。缺乏了高密度特性的保障,大規模集成超大規模集成電路,電路芯片封裝技術將變得毫無意義。
     
      3.2功能特性封裝技術的發展
     
      功能特性強也是各類新型微電子封裝技術發展一大特點。正如上文所述的BGA封裝技術,作為主流封裝技術,以其價格優勢、性能優勢以及通用性的優勢,在傳統的微電子封裝領域扮演者舉足輕重的作用;而作為芯片級封裝技術標準的CSP,則在快速存儲器領域、邏輯電路封裝領域的運用方面發揮著更加重要的作用,同時MCM封裝技術的高性能、高可靠性功能特性,也對于如今炙手可熱的移動設備發展有著重要的推動作用;3D封裝是將隨著其工藝水平的逐漸成熟,有望成為最具潛力的封裝技術。除此之外,各類封裝技術除了各自功能特性分離以外,相互交叉融合的趨勢也表現的越來越明顯。
     
      3.3多元化封裝材料發展
     
      微電子技術依托材料工程的進步,從陶瓷、金屬、塑料發展到復合材料的綜合運用,封裝成本以及封裝的可控性也越來越有效,為大規模生產提供了材料技術支持,例如,BGA封裝技術根據基板材料不同,發展而來的技術就有塑料焊球陣列,陶瓷焊球陣列、金屬焊球陣列以及相對復雜的倒裝芯片焊球陣列等,促進了封裝技術在可靠性以及經濟效益的平衡。因此,隨著材料技術、薄膜工藝、嵌入水平等各項封裝技術的發展,多元化封裝材料也是微電子封裝的一大特點。
     
      3.4立體式封裝技術的發展
     
      3D封裝技術的發展使得新型微電子封裝技術在立體封裝和系統集成封裝這兩方面的特點表現的更為突出。近幾年來移動便攜設備在豐富功能與減薄封裝厚度的需求驅動下,立體式和系統集成性有了長足的進步,發展前景可觀,立體式和系統集成性的封裝技術將封裝空間、設備性能綜合工藝、設備可靠性以及封裝性價比等進行有效整合,達到規模化生產的標準。促進新型微電子封裝技術的快速發展。
     
      4.小結
     
      本文從微電子封裝技術的相關概念談起,通過簡要介紹幾種典型新型微電子封裝技術來分析新型微電子封裝技術特點,即高密度、功能特性、多元化封裝材料、立體式封裝四個方面的特點。相信伴隨著相關工藝技術的成熟、材料技術的不斷發展,微電子封裝技術會邁上嶄新的臺階。
     
                                                                                                               李磊
                                                                                    (四川九洲空管科技有限責任公司)

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