微電子封裝技術(shù)

微電子封裝通常有五種功能，即電源分配、信號分配、散熱通道、機械支撐和環(huán)境保護。1.電源分配微電子封裝首先要能接通電源，使芯片與電路流通電流。其次，微電子封裝的不同部位所需的電源有所不同，要能將不同部位的電源分配恰當(dāng)，以減少電源的不必要損耗，這在多層布線基板上尤為重要。同時，還要考慮接地線的分配問題。2.信號分配為使電信號延遲盡可能減小，在布線時應(yīng)盡可能使信號線與芯片的互連路徑及通過封裝的I/O引出的路徑達到最短。對于高頻信號，還應(yīng)考慮信號間的串?dāng)_，以進行合理的信號分配布線和接地線分配。3.散熱通道各種微電子封裝都要考慮器件、部件長期工作時如何將聚集的熱量散出的問題。不同的封裝結(jié)構(gòu)和材料具有不同的散熱效果，對于功耗大的微電子封裝，還應(yīng)考慮附加熱沉或使用強制風(fēng)冷、水冷方式，以保證系統(tǒng)在使用溫度要求的范圍內(nèi)能正常工作。4.機械支撐微電子封裝可為芯片和其他部件提供牢固可靠的機械支撐，并能適應(yīng)各種工作環(huán)境和條件的變化。5.環(huán)境保護半導(dǎo)體器件和電路的許多參數(shù)，如擊穿電壓、反向電流、電流放大系數(shù)、噪聲等，以及器件的穩(wěn)定性、可靠性都直接與半導(dǎo)體表面的狀態(tài)密切相關(guān)。半導(dǎo)體器件和電路制造過程中的許多工藝措施也是針對半導(dǎo)體表面問題的。半導(dǎo)體芯片制造出來后，在沒有將其封裝之前，始終都處于周圍環(huán)境的威脅之中。在使用中，有的環(huán)境條件極為惡劣，必須將芯片嚴(yán)加密封和包封。所以，微電子封裝對芯片的環(huán)境保護作用顯得尤為重要。IC發(fā)展對微電子封裝的推動反映IC的發(fā)展水平，通常都是以IC的集成度及相應(yīng)的特征尺寸為依據(jù)的。集成度決定著IC的規(guī)模，而特征尺寸則標(biāo)志著工藝水平的高低。自20世紀(jì)70年代以來，IC的特征尺寸幾乎每4年縮小一半。RAM、DRAM和MPU的集成度每年分別遞增50%和35%，每3年就推出新一代DRAM。但集成度增長的速度快，特征尺寸縮小得慢，這樣，又使IC在集成度提高的同時，單個芯片的面積也不斷增大，大約每年增大13%。同時，隨著IC集成度的提高和功能的不斷增加，IC的I/O數(shù)也隨之提高，相應(yīng)的微電子封裝的I/0引腳數(shù)也隨之增加。例如，一個集成50萬個門陣列的IC芯片，就需要一個700個.I/O引腳的微電子封裝。這樣高的I/0引腳數(shù)，要把IC芯片封裝并引出來，若沿用大引腳節(jié)距且雙邊引出的微電子封裝(如2.54 mmDIP)，顯然殼體大而重，安裝面積不允許。從事微電子封裝的專家必然要改進封裝結(jié)構(gòu)，如將雙邊引出改為四邊引出，這就是后來的I,CCC、PL,CC和OFP，其I/O引腳節(jié)距也縮小到0.4 mm，甚至0.3mm,，隨著IC的集成度和I/O數(shù)進一步增加，再繼續(xù)縮小節(jié)距，這種QFP在工藝上已難以實施，或者組裝焊接的成品率很低(如0.3mm的QFP組裝焊接失效率竟高達6%e)。于是，封裝的引腳由四邊引出發(fā)展成為面陣引出，這樣，與OFP同樣的尺寸，節(jié)距即使為1mm，也能滿足封裝具有更多I/O數(shù)的IC的要求，這就是正在高速發(fā)展著的先進的BGA封裝。裸芯片技術(shù)有兩種主要形式：一種是COB技術(shù)，另一種是倒裝片技術(shù)(Flip　chip)。COB技術(shù)用COB技術(shù)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(dǎo)電/導(dǎo)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(qū)和PCB相對應(yīng)的焊盤上，測試合格后，再封上樹脂膠?！∨c其它封裝技術(shù)相比，COB技術(shù)有以下優(yōu)點：價格低廉;節(jié)約空間;工藝成熟。COB技術(shù)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(huán)境要求更為嚴(yán)格;無法維修等。Flip chip 技術(shù)Flip　chip，又稱為倒裝片，與COB相比，芯片結(jié)構(gòu)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Flip chip已達到頂峰，特別是它可以采用類似SMT技術(shù)的手段來加工，故是芯片封裝技術(shù)及高密度安裝的最終方向。90年代，該技術(shù)已在多種行業(yè)的電子產(chǎn)品中加以推廣，特別是用于便攜式的通信設(shè)備中。裸芯片技術(shù)是當(dāng)今最先進的微電子封裝技術(shù)。隨著電子產(chǎn)品體積的進一步縮小，裸芯片的應(yīng)用將會越來越廣泛。