淺析未來微電子封裝技術發展趨勢論文
淺析未來微電子封裝技術發展趨勢論文
在電子封裝技術中，微電子封裝更是舉足輕重，所以IC封裝在國際上早已成為獨立的封裝測試產業，並與IC設計和IC製造共同構成IC產業的三大支柱。本文介紹了對微電子封裝的要求，以及未來微電子封裝的發展趨勢，其中著重介紹了晶片直接安裝(DCA)優越性。
1 概述
如今，全球正迎來電子資訊時代，這一時代的重要特徵是以電腦為核心，以各類積體電路，特別是大規模、超大規模積體電路的飛速發展為物質基礎，並由此推動、變革著整個人類社會，極大地改變著人們的生活和工作方式，成為體現一個國家國力強弱的重要標誌之一。因為無論是電子計算機、現代資訊產業、汽車電子及消費類電子產業，還是要求更高的航空、航天及軍工產業等領域，都越來越要求電子產品具有高效能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、輕型化、便攜化以及將大眾化普及所要求的低成本等特點。滿足這些要求的正式各類積體電路，特別是大規模、超大規模積體電路晶片。要將這些不同引腳數的積體電路晶片，特別是引腳數高達數百乃至數千個I/O的積體電路晶片封裝成各種用途的電子產品，並使其發揮應有的功能，就要採用各種不同的封裝形式，如DIP、SOP、QFP、BGA、 CSP、MCM等。可以看出，微電子封裝技術一直在不斷地發展著。
現在，積體電路產業中的微電子封裝測試已與積體電路設計和積體電路製造一起成為密不可分又相對獨立的`三大產業。而往往設計製造出的同一塊積體電路晶片卻採用各種不同的封裝形式和結構。今後的微電子封裝又將如何發展呢?根據積體電路的發展及電子整機和系統所要求的高效能、多功能、高頻、高速化、小型化、薄型化、輕型化、便攜化及低成本等，必然要求微電子封裝提出如下要求：
(1)具有的I/O數更多;(2)具有更好的電效能和熱效能;(3)更小、更輕、更薄，封裝密度更高;(4)更便於安裝、使用、返修;(5)可靠性更高;(6)效能價格比更高;
2 未來微電子技術發展趨勢
具體來說，在已有先進封裝如QFP、BGA、CSP和MCM等基礎上，微電子封裝將會出現如下幾種趨勢：
DCA(晶片直接安裝技術)將成為未來微電子封裝的主流形式
DCA是基板上晶片直接安裝技術，其互聯方法有WB、TAB和FCB技術三種，DCA與互聯方法結合，就構成板上晶片技術(COB)。
當前，在DCA技術中，WB仍是主流，但其比重正逐漸下降，而FCB技術正迅速上升。因為它具有以下優越性：
(1)DCA特別是FC(倒裝晶片)是“封裝”家族中最小的封裝，實際上是近於無封裝的晶片。
(2)傳統的WB只能利用晶片周圍的焊區，隨著I/O數的增加，WB引腳節距必然縮小，從而給工藝實施帶來困難，不但影響產量，也影響WB質量及電效能。因此，高I/O數的器件不得不採用面陣凸點排列的FC。
(3)通常的封裝(如SOP、QFP)從晶片、WB、引線框架到基板，共有三個介面和一個互聯層。而FC只有晶片一個基板一個介面和一個互聯層，從而引起失效的焊點大為減少，所以FCB的元件可靠性更高。
(4)FC的“引腳”實際上就是凸點的高度，要比WB短得多，因此FC的電感非常低，尤其適合在射頻行動電話，特別是頻率高達2GHz以上的無線通訊產品中應用。
(5)由於FC可直接在圓片上加工完成“封裝”，並直接FCB到基板上，這就省去了粘片材料、焊絲、引線框架及包封材料，從而降低成本，所以FC最終將是成本最低的封裝。
(6)FC及FCB後可以在晶片背面直接加裝散熱片，因此可以提高晶片的散熱效能，從而FC很適合功率IC晶片應用。
透過以上對DCA及FCB優越性的分析，可以看出DCA特別是FCB技術將成為未來微電子封裝的主流形式應是順理成章的事。
2.2 三維(3D)封裝技術將成為實現電子整機系統功能的有效途徑
三維封裝技術是國際上近幾年正在發展著的電子封裝技術，它又稱為立體微電子封裝技術。3D已成為實現電子整機系統功能的有效途徑。
各類SMD的日益微型化，引線的細線寬和窄間距化，實質上是為實現xy平面(2D)上微電子組裝的高密度化;而3D則是在2D的基礎上，進一步向z方向，即向空間發展的微電子組裝高密度化。實現3D，不但使電子產品的組裝密度更高，也使其功能更多，傳輸速度更高、相對功耗更低、效能更好，而可靠性也更高等。
與常規的微電子封裝技術相比，3D可使電子產品的尺寸和重量縮小十倍。實現3D，可以大大提高IC晶片安裝在基板上的Si效率(即芯片面積與所佔基板面積之比)。對於2D多晶片元件情況，Si效率在20%—90%之間，而3D的多晶片元件的Si效率可達100%以上。由於3D的體密度很高，上、下各層間往往採取垂直互聯，故總的引線長度要比2D大為縮短，因而使訊號的傳輸延遲線也大為減小。況且，由於總的引線長度的縮短，與此相關的寄生電容和寄生電感也大為減小，能量損耗也相應減少，這都有利於訊號的高速傳輸，並改善其高頻效能。此外，實現3D，還有利於降低噪聲，改善電子系統效能。還由於3D緊密堅固的連線，有利於可靠性的提高。
3D也有熱密度較大、設計及工藝實施較複雜的不利因素，但隨著3D技術日益成熟，這些不利因素是可以克服的。
總之，微電子封裝技術的發展方向就是小型化、高密度、多功能和低成本。