微电子封装技术

微电子封装通常有五种功能，即电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。1.电源分配微电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路流通电流。其次，微电子封装的不同部位所需的电源有所不同，要能将不同部位的电源分配恰当，以减少电源的不必要损耗，这在多层布线基板上尤为重要。同时，还要考虑接地线的分配问题。2.信号分配为使电信号延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短。对于高频信号，还应考虑信号间的串扰，以进行合理的信号分配布线和接地线分配。3.散热通道各种微电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出的问题。不同的封装结构和材料具有不同的散热效果，对于功耗大的微电子封装，还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。4.机械支撑微电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件的变化。5.环境保护半导体器件和电路的许多参数，如击穿电压、反向电流、电流放大系数、噪声等，以及器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状态密切相关。半导体器件和电路制造过程中的许多工艺措施也是针对半导体表面问题的。半导体芯片制造出来后，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁之中。在使用中，有的环境条件极为恶劣，必须将芯片严加密封和包封。所以，微电子封装对芯片的环境保护作用显得尤为重要。IC发展对微电子封装的推动反映IC的发展水平，通常都是以IC的集成度及相应的特征尺寸为依据的。集成度决定着IC的规模，而特征尺寸则标志着工艺水平的高低。自20世纪70年代以来，IC的特征尺寸几乎每4年缩小一半。RAM、DRAM和MPU的集成度每年分别递增50%和35%，每3年就推出新一代DRAM。但集成度增长的速度快，特征尺寸缩小得慢，这样，又使IC在集成度提高的同时，单个芯片的面积也不断增大，大约每年增大13%。同时，随着IC集成度的提高和功能的不断增加，IC的I/O数也随之提高，相应的微电子封装的I/0引脚数也随之增加。例如，一个集成50万个门阵列的IC芯片，就需要一个700个.I/O引脚的微电子封装。这样高的I/0引脚数，要把IC芯片封装并引出来，若沿用大引脚节距且双边引出的微电子封装(如2.54 mmDIP)，显然壳体大而重，安装面积不允许。从事微电子封装的专家必然要改进封装结构，如将双边引出改为四边引出，这就是后来的I,CCC、PL,CC和OFP，其I/O引脚节距也缩小到0.4 mm，甚至0.3mm,，随着IC的集成度和I/O数进一步增加，再继续缩小节距，这种QFP在工艺上已难以实施，或者组装焊接的成品率很低(如0.3mm的QFP组装焊接失效率竟高达6%e)。于是，封装的引脚由四边引出发展成为面阵引出，这样，与OFP同样的尺寸，节距即使为1mm，也能满足封装具有更多I/O数的IC的要求，这就是正在高速发展着的先进的BGA封装。裸芯片技术有两种主要形式：一种是COB技术，另一种是倒装片技术(Flip　chip)。COB技术用COB技术封装的裸芯片是芯片主体和I/O端子在晶体上方，在焊接时将此裸芯片用导电/导热胶粘接在PCB上，凝固后，用 Bonder 机将金属丝(Al或Au)在超声、热压的作用下，分别连接在芯片的I/O端子焊区和PCB相对应的焊盘上，测试合格后，再封上树脂胶。　与其它封装技术相比，COB技术有以下优点：价格低廉;节约空间;工艺成熟。COB技术也存在不足，即需要另配焊接机及封装机，有时速度跟不上;PCB贴片对环境要求更为严格;无法维修等。Flip chip 技术Flip　chip，又称为倒装片，与COB相比，芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工，故是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。90年代，该技术已在多种行业的电子产品中加以推广，特别是用于便携式的通信设备中。裸芯片技术是当今最先进的微电子封装技术。随着电子产品体积的进一步缩小，裸芯片的应用将会越来越广泛。