浅析未来微电子封装技术发展趋势
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浅析未来微电子封装技术发展趋势
摘要:在电子封装技术中,微电子封装更是举足轻重,所以IC封装
在国际上早已成为独立的封装测试产业,并与IC设计和IC制造共同
构成IC产业的三大支柱。本文介绍了对微电子封装的要求,以及未来
微电子封装的发展趋势,其中着重介绍了芯片直接安装(DCA)优越性。
关键词:微电子封装 发展趋势 DCA 三维封装
1 概述
如今,全球正迎来电子信息时代,这一时代的重要特征是以电脑为
核心,以各类集成电路,特别是大规模、超大规模集成电路的飞速发展
为物质基础,并由此推动、变革着整个人类社会,极大地改变着人们的
生活和工作方式,成为体现一个国家国力强弱的重要标志之一。因为
无论是电子计算机、现代信息产业、汽车电子及消费类电子产业,还
是要求更高的航空、航天及军工产业等领域,都越来越要求电子产品
具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、轻型化、便携化以
及将大众化普及所要求的低成本等特点。满足这些要求的正式各类集
成电路,特别是大规模、超大规模集成电路芯片。要将这些不同引脚
数的集成电路芯片,特别是引脚数高达数百乃至数千个I/O的集成电
路芯片封装成各种用途的电子产品,并使其发挥应有的功能,就要采用
各种不同的封装形式,如DIP、SOP、QFP、BGA、CSP、MCM等。
可以看出,微电子封装技术一直在不断地发展着。
现在,集成电路产业中的微电子封装测试已与集成电路设计和集
成电路制造一起成为密不可分又相对独立的三大产业。而往往设计制
造出的同一块集成电路芯片却采用各种不同的封装形式和结构。今后
的微电子封装又将如何发展呢？根据集成电路的发展及电子整机和
系统所要求的高性能、多功能、高频、高速化、小型化、薄型化、轻
型化、便携化及低成本等,必然要求微电子封装提出如下要求。
(1)具有的I/O数更多;(2)具有更好的电性能和热性能;(3)更小、更
轻、更薄,封装密度更高;(4)更便于安装、使用、返修;(5)可靠性更高;(6)
性能价格比更高;
2 未来微电子技术发展趋势
具体来说,在已有先进封装如QFP、BGA、CSP和MCM等基础
上,微电子封装将会出现如下几种趋势。
2.1 DCA(芯片直接安装技术)将成为未来微电子封装的主流形式
DCA是基板上芯片直接安装技术,其互联方法有WB、TAB和
FCB技术三种,DCA与互联方法结合,就构成板上芯片技术(COB)。
当前,在DCA技术中,WB仍是主流,但其比重正逐渐下降,而FCB
技术正迅速上升。因为它具有以下优越性:
(1)DCA特别是FC(倒装芯片)是“封装”家族中最小的封装,实际上
是近于无封装的芯片。
(2)传统的WB只能利用芯片周围的焊区,随着I/O数的增加,WB
引脚节距必然缩小,从而给工艺实施带来困难,不但影响产量,也影响
WB质量及电性能。因此,高I/O数的器件不得不采用面阵凸点排列的
FC。
(3)通常的封装(如SOP、QFP)从芯片、WB、引线框架到基板,共
有三个界面和一个互联层。而FC只有芯片一个基板一个界面和一个
互联层,从而引起失效的焊点大为减少,所以FCB的组件可靠性更高。
(4)FC的“引脚”实际上就是凸点的高度,要比WB短得多,因此FC
的电感非常低,尤其适合在射频移动电话,特别是频率高达2GHz以上
的无线通信产品中应用。
(5)由于FC可直接在圆片上加工完成“封装”,并直接FCB到基板
上,这就省去了粘片材料、焊丝、引线框架及包封材料,从而降低成本,
所以FC最终将是成本最低的封装。
(6)FC及FCB后可以在芯片背面直接加装散热片,因此可以提高
芯片的散热性能,从而FC很适合功率IC芯片应用。
通过以上对DCA及FCB优越性的分析,可以看出DCA特别是
FCB技术将成为未来微电子封装的主流形式应是顺理成章的事。
2.2 三维(3D)封装技术将成为实现电子整机系统功能的有效途径
三维封装技术是国际上近几年正在发展着的电子封装技术,它又
称为立体微电子封装技术。3D已成为实现电子整机系统功能的有效
途径。
各类SMD的日益微型化,引线的细线宽和窄间距化,实质上是为
实现xy平面(2D)上微电子组装的高密度化;而3D则是在2D的基础上,
进一步向z方向,即向空间发展的微电子组装高密度化。实现3D,不但
使电子产品的组装密度更高,也使其功能更多,传输速度更高、相对功
耗更低、性能更好,而可靠性也更高等。
与常规的微电子封装技术相比,3D可使电子产品的尺寸和重量缩
小十倍。实现3D,可以大大提高IC芯片安装在基板上的Si效率(即芯
片面积与所占基板面积之比)。对于2D多芯片组件情况,Si效率在
20%—90%之间,而3D的多芯片组件的Si效率可达100%以上。由于
3D的体密度很高,上、下各层间往往采取垂直互联,故总的引线长度要
比2D大为缩短,因而使信号的传输延迟线也大为减小。况且,由于总
的引线长度的缩短,与此相关的寄生电容和寄生电感也大为减小,能量
损耗也相应减少,这都有利于信号的高速传输,并改善其高频性能。此
外,实现3D,还有利于降低噪声,改善电子系统性能。还由于3D紧密坚
固的连接,有利于可靠性的提高。
3D也有热密度较大、设计及工艺实施较复杂的不利因素,但随着
3D技术日益成熟,这些不利因素是可以克服的。
总之,微电子封装技术的发展方向就是小型化、高密度、多功能
和低成本。
参考文献
[1]微电子封装技术[M].中国电子学会生产技术学分会丛书编委
会,中国科学技术大学出版社.
[2]金玉丰.微系统封装技术概论[M].科学出版社,2006第1版.
