人類的第四次工業(yè)革命─—信息技術(shù)革命正在以一種驚奇的速度改變著我們的生產(chǎn)和生活方式,加速了世界的物流、人流和信息流。從個(gè)人的小電子產(chǎn)品到國(guó)家的防空體系,無(wú)不體現(xiàn)著電子產(chǎn)品性能的日益強(qiáng)大與成熟。作為芯片、顯示器和電池三大信息技術(shù)革命中關(guān)鍵硬件之一的集成電路(IC)制造更是整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域核心。電子產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵,IC設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大支柱,而材料則是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。隨著世界IC芯片向高集成化、布線細(xì)微化、芯片大型化、薄型化方向發(fā)展,封裝技術(shù)與封裝材料密不可分地在相互推進(jìn),走向高端,不斷地追逐IC輕、薄、短、小的目標(biāo)。 電子封裝形式從最早的TO、SIP、DIP發(fā)展到SOP、QFP、BGA,以及如今的CSP、MCM、SIP等先進(jìn)封裝技術(shù),它需要將互連、動(dòng)力、冷卻和器件鈍化保護(hù)等技術(shù)組合成一個(gè)復(fù)雜卻微小的整體。先進(jìn)封裝材料中的基礎(chǔ)原料的性能研究不斷深入,一批高性能的環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧固化劑、聚酰亞胺、有機(jī)硅樹(shù)脂,以及球形石英粉填料等為實(shí)現(xiàn)封裝材料的高導(dǎo)熱、高流動(dòng)、高耐熱和低應(yīng)力性能提供了強(qiáng)有力的支撐;同時(shí)也為開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的封裝技術(shù)提供了可能。 1. 電子封裝技術(shù)的發(fā)展 1.1 電子封裝技術(shù) 在半導(dǎo)體制造工程中,狹義的電子封裝是指半導(dǎo)體制造工藝的后工程(即“后道”)中的工序,廣義的封裝是包括了后工程和后續(xù)的電子組裝[1]。而如今的先進(jìn)封裝則難以區(qū)分前、后道和組裝的界限。電子封裝不但直接影響著電路本身的電性能、機(jī)械性能、光性能和熱性能,還在很大程度上決定著電子整機(jī)系統(tǒng)的小型化、多功能化、可靠性和成本。電子封裝有如下四大功能: (1)提供芯片的信號(hào)輸入和輸出通路; (2)提供散熱通路,散逸半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量; (3)接通半導(dǎo)體芯片的電流通路; (4)提供芯片的機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)[2]。 電子封裝技術(shù)的發(fā)展主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)階段。第一階段,在20世紀(jì)70年代前,以插裝型封裝為主。包括最初的金屬圓形(TO型)封裝,后來(lái)的單列直插封裝(SIP)和雙列直插封裝(DIP)。尤其是塑料雙列直插封裝(PDIP),由于其性能優(yōu)良、成本低廉又適合批量生產(chǎn)而成為主流產(chǎn)品。第二階段,在20世紀(jì)80年代,以表面安裝類型的四邊引線封裝為主。一批適應(yīng)表面安裝技術(shù)的封裝形式,如塑料有引線芯片載體(PLCC)、塑料四邊引線扁平封裝(PQFP)、塑料小外形封裝(PSOP)等封裝形式應(yīng)運(yùn)而生,并得到迅速發(fā)展。它們具有封裝密度高、引線節(jié)距小、成本低并適于表面安裝等優(yōu)點(diǎn)。第三階段,在20世紀(jì)90年代,以面陣列封裝形式為主。該時(shí)期IC發(fā)展到了超大規(guī)模階段,對(duì)芯片封裝提出更高密度、更高速度的要求。因此封裝形式從四邊引線型向平面陣列型發(fā)展,球焊陣列封裝(BGA)被發(fā)明出來(lái),并很快成為主流產(chǎn)品。后來(lái)又開(kāi)發(fā)出了封裝體積更小的芯片尺寸封裝(CSP)。此外,出于多功能和小尺寸的需要,多芯片組裝(MCM)、三維立體(3D)封裝和系統(tǒng)封裝(SIP)等先進(jìn)封裝技術(shù)也迅速發(fā)展起來(lái)。 在先進(jìn)的封裝形式中, BGA是用焊球代替引線,引出路徑短,減少了引腳延遲、電阻、電容和電感,封裝密度更高,焊球引出形式適用于表面安裝、多芯片組件和系統(tǒng)封裝。CSP和BGA是同一時(shí)代的產(chǎn)物,是整機(jī)小型化、便攜化的結(jié)果。一般地,芯片封裝面積小于或等于芯片面積120%的封裝稱為CSP。圓片級(jí) |
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