微電子封裝技術(SMT)發展現有形式

電子產品正朝著便攜式、小型化、網絡化和多媒體化方向發展。


這種市場需求對電路組裝技術提出了相應的要求,單位體積信息的提高(高密度)和單位時間處理速度的提高(高速化)成為促進微電子封裝技術發展的重要因素。



微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖1


微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖2
片式元件:小型化、高性能


片式元件是應用最早、產量最大的表面組裝元件。


它主要有以厚薄膜工藝制造的片式電阻器和以多層厚膜共燒工藝制造的片式獨石電容器,這是開發和應用最早和最廣泛的片式元件。


隨著工業和消費類電子產品市場對電子設備小型化、高性能、高可靠性、安全性和電磁兼容性的需求,對電子電路性能不斷地提出新的要求,片式元件進一步向小型化、多層化、大容量化、耐高壓、集成化和高性能化方向發展。


在鋁電解電容和鉭電解電容片式化后,現在高Q值、耐高溫、低失真的高性能MLCC已投放市場;


介質厚度為10um的電容器已商品化,層數高達100層之多;


出現了片式多層壓敏和熱敏電阻,片式多層電感器,片式多層扼流線圈,片式多層變壓器和各種片式多層復合元件;


在小型化方面,規格尺寸從3216→2125→1608→1005發展,目前最新出現的是0603(長0.6mm,寬0.3mm),體積縮小為原來的0.88%。(電容電阻外形尺寸與封裝的對應關系是: 0402=1.0x0.5 0603=1.6x0.8 0805=2.0x1.2 1206=3.2x1.6 1210=3.2x2.5 1812=4.5x3.2 2225=5.6x6.5
電容本身的大小與封裝形式無關,封裝與標稱功率有關。它的長和寬一般是用毫米表示的。但是型號是采用的英寸的表示方法。


集成化是片式元件未來的另一個發展趨勢,它能減少組裝焊點數目和提高組裝密度,集成化的元件可使Si效率(芯片面積/基板面積)達到80%以上,并能有效地提高電路性能。


由于不在電路板上安裝大量的分立元件,從而可極大地解決焊點失效引起的問題。


微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖3
·
芯片封裝技術:追隨IC的發展而發展



數十年來,芯片封裝技術一直追隨著IC的發展而發展,一代IC就有相應一代的封裝技術相配合,而SMT的發展,更加促進芯片封裝技術不斷達到新的水平?! ?/strong>


六七十年代的中、小規模IC,曾大量使用TO型封裝,后來又開發出DIP、PDIP,并成為這個時期的主導產品形式。


八十年代出現了SMT,相應的IC封裝形式開發出適于表面貼裝短引線或無引線的LCCC、PLCC、SOP等結構。在此基礎上,經十多年研制開發的QFP不但解決了LSI的封裝問題,而且適于使用SMT在PCB或其他基板上表面貼裝,使QFP終于成為SMT主導電子產品并延續至今。


為了適應電路組裝密度的進一步提高,QFP的引腳間距目前已從1.27mm發展到了0.3mm。由于引腳間距不斷縮小,I/O數不斷增加,封裝體積也不斷加大,給電路組裝生產帶來了許多困難,導致成品率下降和組裝成本的提高。


另一方面由于受器件引腳框架加工精度等制造技術的限制0.3mm已是QFP引腳間距的極限,這都限制了組裝密度的提高。


于是一種先進的芯片封裝BGA(BallGridArray)應運而生,BGA是球柵陣列的英文縮寫,它的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面,引線間距大,引線長度短。BGA技術的優點是可增加I/O數和間距,消除QFP技術的高I/O數帶來的生產成本和可靠性問題。


BGA的興起和發展盡管解決了QFP面臨的困難,但它仍然不能滿足電子產品向更加小型、更多功能、更高可靠性對電路組件的要求,也不能滿足硅集成技術發展對進一步提高封裝效率和進一步接近芯片本征傳輸速率的要求,所以更新的封裝CSP(ChipSizePackage)又出現了,它的英文含義是封裝尺寸與裸芯片相同或封裝尺寸比裸芯片稍大。


日本電子工業協會對CSP規定是芯片面積與封裝尺寸面積之比大于80%。CSP與BGA結構基本一樣,只是錫球直徑和球中心距縮小了、更薄了,這樣在相同封裝尺寸時可有更多的I/O數,使組裝密度進一步提高,可以說CSP是縮小了的BGA。


CSP之所以受到極大關注,是由于它提供了比BGA更高的組裝密度,而比采用倒裝片的板極組裝密度低。但是它的組裝工藝卻不像倒裝片那么復雜,沒有倒裝片的裸芯片處理問題,基本上與SMT的組裝工藝相一致,并且可以像SMT那樣進行預測和返工。

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖4

正是由于這些無法比擬的優點,才使CSP得以迅速發展并進入實用化階段。目前日本有多家公司生產CSP,而且正越來越多地應用于移動電話、數碼錄像機、筆記本電腦等產品上。  


從CSP近幾年的發展趨勢來看,CSP將取代QFP成為高I/O端子IC封裝的主流。  


為了最終接近IC本征傳輸速度,滿足更高密度、更高功能和高可靠性的電路組裝的要求,還必須發展裸芯片(Barechip)技術。  


從1997年以來裸芯片的年增長率已達到30%之多,發展較為迅速的裸芯片應用包括計算機的相關部件,如微處理器、高速內存和硬盤驅動器等。除此之外,一些便攜式設備,如電話機和傳呼機,也可望于近期大量使用這一先進的半導體封裝技術。


最終所有的消費電子產品由于對高性能的要求和小型化的發展趨勢,也將大量使用裸芯片技術。


元器件的縮小則可以大大推進電子產品體積的縮小,以移動電話為例,90年代重220g,而現在最輕的已達57克,可以很容易地放進上衣口袋里。


微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖5
·
微組裝:新一代組裝技術



微組裝技術是90年代以來在半導體集成電路技術、混合集成電路技術和表面組裝技術(SMT)的基礎上發展起來的新一代電子組裝技術。  

微組裝技術是在高密度多層互連基板上,采用微焊接和封裝工藝組裝各種微型化片式元器件和半導體集成電路芯片,形成高密度、高速度、高可靠的三維立體機構的高級微電子組件的技術?! ?/span>


多芯片組件(MCM)就是當前微組裝技術的代表產品。


它將多個集成電路芯片和其他片式元器件組裝在一塊高密度多層互連基板上,然后封裝在外殼內,是電路組件功能實現系統級的基礎。

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖6

MCM采用DCA(裸芯片直接安裝技術)或CSP,使電路圖形線寬達到幾微米到幾十微米的等級。在MCM的基礎上設計與外部電路連接的扁平引線,間距為0.5mm,把幾塊MCM借助SMT組裝在普通的PCB上就實現了系統或系統的功能?! ?/span>


當前MCM已發展到疊裝的三維電子封裝(3D),即在二維X、Y平面電子封裝(2D)MCM基礎上,向Z方向,即空間發展的高密度電子封裝技術,實現3D,不但使電子產品密度更高,也使其功能更多,傳輸速度更快,性能更好,可靠性更好,而電子系統相對成本卻更低。 


對MCM發展影響最大的莫過于IC芯片。


因為MCM高成品率要求各類IC芯片都是良好的芯片(KGD),而裸芯片無論是生產廠家還是使用者都難以全面測試老化篩選,給組裝MCM帶來了不確定因素?! ?/span>


CSP的出現解決了KGD問題,CSP不但具有裸芯片的優點,還可像普通芯片一樣進行測試老化篩選,使MCM的成品率才有保證,大大促進了MCM的發展和推廣應用?! ?/span>


目前MCM已經成功地用于大型通用計算機和超級巨型機中,今后將用于工作站、個人計算機、醫用電子設備和汽車電子設備等領域。


微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖7
裸芯片技術主要形式


裸芯片技術有兩種主要形式:一種是COB技術,另一種是倒裝片技術(Flip chip)。  


COB技術:


用COB技術封裝的裸芯片是芯片主體和I/O端子在晶體上方,在焊接時將此裸芯片用導電/導熱膠粘接在PCB上,凝固后,用Bonder機將金屬絲(Al或Au)在超聲、熱壓的作用下,分別連接在芯片的I/O端子焊區和PCB相對應的焊盤上,測試合格后,再封上樹脂膠?! ?/span>


與其它封裝技術相比,COB技術有以下優點:價格低廉;節約空間;工藝成熟。COB技術也存在不足,即需要另配焊接機及封裝機,有時速度跟不上;PCB貼片對環境要求更為嚴格;無法維修等。


Flipchip技術:


Flip chip,又稱為倒裝片,與COB相比,芯片結構和I/O端(錫球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整個芯片表面,故在封裝密度和處理速度上Flipchip已達到頂峰,特別是它可以采用類似SMT技術的手段來加工,故是芯片封裝技術及高密度安裝的最終方向。90年代,該技術已在多種行業的電子產品中加以推廣,特別是用于便攜式的通信設備中?! ?/span>

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖8

裸芯片技術是當今最先進的微電子封裝技術。隨著電子產品體積的進一步縮小,裸芯片的應用將會越來越廣泛。



文章來源于:tiankezhineng

精華,去糟粕,重基礎,促創新

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖9

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖10

免責聲明:本文系網絡搜集資料編輯的原創,版權歸原作者所有。如需轉載請注明出處與標明轉載來源。如涉及作品請與我們聯絡。

如需軟文或圖片廣告商務合作請聯絡我們。

微電子封裝技術(SMT)發展現有形式的圖11

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1
1