微电子封装技术的现状及发展

! 发展概况
自从’()*年世界发明第一只半导体晶体管，开始 了电子封装的历史。+"年代以,根引线的 %- 型外壳为 主 ，主 要 是 金 属 玻 璃 封 接 。与 此 同 时 发 明 了 生 瓷 流 延 工 艺 ，为 以 后 的 多 层 陶 瓷 工 艺 的 发 展 奠 定 了 基 础 。 ’(+! 年 发 明 第 ’ 块 集 成 电 路 ，它 推 动 了 多 引 线 外 壳 的 发展，工艺仍以金属 . 玻璃封接工艺为主。由于集成 电路集成度越来越高，不断从小规模向中规模和大规 模 发 展 ，要 求 外 壳 封 装 的 引 线 数 越 来 越 多 ，促 进 了 多 层陶瓷日臻成熟，/"世纪0"年代发明了 123 外壳，即 双列直插引线外壳。由于这种外壳的电性能和热性能 优良，可靠性高，使它们倍受集成电路厂家的青睐，发 展很快。在*"年代成为系列主导产品，) 4 0)只管脚均 开发出产品。之后由于陶瓷 123 的成本问题，又开发 出 塑 料 双 列 直 插 外 壳 。这 种 外 壳 由 于 成 本 低 ，便 于 大 量 生 产 ，所 以 得 到 迅 速 的 发 展 ，乃 至 延 续 至 今 。!" 年 代 ，表 面 安 装 技 术 被 称 作 电 子 封 装 领 域 的 一 场 革 命 ， 发明了一系列用于表面安装技术的新的电子封装形 式 ，如 无 引 线 陶 瓷 片 式 载 体 塑 料 、有 引 线 片 式 载 体 和 四边引线扁平封装，于!"年代初达到标准化并投入生 产 。由 于 密 度 高 、引 线 节 距 小 、成 本 低 和 适 于 表 面 安 装 ，使 四 边 引 线 塑 料 扁 平 封 装 成 了 !" 年 代 的 主 导 产 品 。到 了 (" 年 代 集 成 电 路 发 展 到 超 大 规 模 阶 段 ，要 求 电 子 封 装 的 管 脚 数 越 来 越 多 ，管 脚 节 距 越 来 越 小 ，从 而电子封装从四边引线型（如 563 等）向平面阵列型 （378）发展。于("年代初发明了球栅阵列封装（978）， 目前正处于爆炸发展阶段。与此同时，国际上 #: 的!英 寸片已投产，投资阈值越来越大，而0英寸以下的 #: 片
!@"针的 >2- 边长为"@DD。而且 1(* 不像 >2-，不用
担心引线的变形。最早开发 1(* 的美国 0JKJ8JF) 公司
首先在便携式电话中采用 1(*，今后美国有可能在个
人微机中普及使用。1(* 的问题是回流焊键合之后的
外观检查现在还未找到有效的方法。也有人认为，由于
焊盘的间距足够大，可以形成可靠的键合，仅靠功能检
由于大规模生产而使成本大大降低，因此集成电路向 多芯片组件（$&$）发展，即把多块裸露的集成电路芯 片安排在一块多层布线衬底上，并封装在同一外壳中。 多芯片组件被认为是当代电子封装的革命，发展势头 只 增 不 减 ，已 形 成 $&$ . &、$&$ . 1、$&$ . ; 等 几 种类型。
" 微电子封装的基本功能
4DD 以下，所以对同样多的 = , ? 数来说，外形尺寸小
多了。一般来说，线性尺寸减少B@N O !@N ，整体尺寸
减少!@N O C@N 。
$提高电性能。由于互连结构的互连长度小，连接
点 = , ? 的节距小，所以必然导致较小的互连电感，较
低的电阻和较少的延迟，同时耦合噪声也较低。和引线
键合法及 $*1 法相比，其电性能要优良的多，一般电
种芯片互连技术，更是一种理想的芯片粘接技术。以往
的一级封装技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基
板粘贴后键合 3 如引线键合和载带自动键合 $*1 5 ，而
2#$ 则是将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列
排列的焊料凸点来实现芯片与衬底的互连。这种方式
能提供更高的 = , ? 密度。它的主要优点是：
# 减 小 外 形 尺 寸 。由 于 每 个 焊 点 之 间 的 节 距 在
&’( 是日本人首先提出的封装新概念，现在，国际标准 委员会正讨论 &’( 的确切定义。广义上说，&’( 就是 !2 3倍于芯片尺寸的封装，虽然有多种形式，但主要有 适用于储存器的少引脚 &’( 和适用于 4’&5 的多引脚 &’( 具体为芯片上引线（67&，6/-8 79 &)*+）、微型球 栅 阵 列 （:;4，:*,<= ;>4）和 面 阵 列 （6>4? 6-98 ><*8 4<-@）。随着日益发展的 5& 芯片的高集成化及性能高 级化，由于采用 &’( 容易测定及老化，易于一次回流 焊 接 等 安 装 以 及 操 作 简 便 ，可 以 认 为 在 今 后 长 期 间 内，&’( 会代替常规的封装。另外，也有可能作为 &7; 及混合 5&、:&: 的裸芯片替代品而得到广泛使用。
现代电子技术的飞速发展，更高集成度和更快的 运行速度会涉及到更严重的散热问题。解决问题的办 法 是 采 用 更 好 的 封 装 材 料 。其 中 ，复 合 材 料 是 发 展 的 主 流 。它 可 得 到 用 其 它 方 法 不 可 能 得 到 的 独 特 性 能 ， 所以，用于电子封装的金属基复合材料（简称 00#）一 直是国外许多大公司和研究机构的热点课题。
（’）构成电路的元器件 %表面安装式，&小型化，’复合式，模块化、集成 化，(引线数增加，)引线节距缩小，*基本功能以外 的寄生成分减少，+元器件本体的散热性，,耐热性， -抗裂变等。 （/）实现元器件互连的互连布线图形 %图形的微细化、多层化；&布线电阻和电容值； ’图形长度的缩短；(特性阻抗的控制；)布线间的串
释放的作用，从而大大提高了可靠性。事实证明，这种
技术的可靠性可达到4@万小时无失效，疲劳寿命至少
!" 卷 第 !#" 期
!""! # $! !"
现状·趋势·战略
提高!"倍以上。 !裸芯片的可测试性。芯片至少可以拆装!"次。 # $ % 芯 片 规 模 封 装 （&’(，&)*+ ’,-./ (-,0-1/）
的正面搭载 <&% 芯片，用模注和浇注树脂封接，又称 焊盘阵列载体（-*#———6)G )88)H 9)88’78 5 ，可超过B@@
针 ，属 于 多针 的 <&= 用 封装 。封装 体 的 大 小也 比 >2-
小 。例 如 ，以 焊 盘 间 距 4A CDD 的 1(* 与 引 线 间 距 为
@A CDD 的 >2- 相比较，!I@针的 1(* 边长为!4DD 而
中图分类号：%>*"+
文献标识码：8
文章编号：’""" . )((! ? /""/ @ ’/ . ""’! . ",
自上个世纪!"年代以来，微电子的突飞猛进的发 展 ，很 大 程 度 上 是 得 益 于 微 电 子 封 装 技 术 的 高 速 发 展。表面贴装（#$%）技术和多芯片组件（$&$）技术相 互 影 响 ，彼 此 促 进 ，将 传 统 的 封 装 技 术 推 向 更 高 的 发 展阶段———微电子封装，其主要特点表现在高密度（体 积小、重量轻），高性能（性能优，功能多，成本低，高可 靠）方面，已成为目前电子封装的潮流。
查 就 足 够 了 。另 外 ，0JKJ8JF) 公 司 称 模 注 树 脂 封 装 的
1(* 为 ?0-*#，最早达到实用化的就是这种形式。该
公司称浇注树脂封装的 1(* 为 (-*#。
3 ! 5 倒 装 芯 片 技 术 （2#$，2F’6#L’6 $79LMJFJ;H）
2#$ 是当今半导体封装领域的又一新热点，它即是一
) 微电子封装材料
作为一种理想的微电子封装材料，必须满足这么 几 个 基 本 要 求 ：一 是 材 料 的 导 热 性 能 要 好 ，能 够 将 半 导体芯片在工作时所产生的热量及时地散发出去；二 是材料的热膨胀系数（#$%）要与 &’ 或 () *+ 等芯片 相 匹 配 ，以 避 免 芯 片 的 热 应 力 损 坏 ；三 是 材 料 要 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 ，对 芯 片 起 到 支 承 和 保 护 的 作 用 ；四 是材料的成本要尽可能低，以满足大规模商业化应用 的 要 求 。在 某 些 特 殊 的 场 合 ，还 要 求 材 料 的 密 度 尽 可 能地小（主要是指航空航天设备和移动计算 , 通信设 备），或者要求材料具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。
金属基电子封装材料与陶瓷基、树脂基封装材料 一样，具有强度高、导电导热性能好等优点，作为热沉 和支承材料，广泛地应用于功率电子器件（如整流管、 晶 闸 管 、功 率 模 块 、激 光 二 极 管 、微 波 管 等 ）和 微 电 子 器件（如计算机、#-.、/&- 芯片）中，在微波通讯、自动 控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要作用。
微电子封装对半导体集成电路和器件有)个基本 功能，即导体芯片的电流通路；提供信号的输入和输出通 路；提供热通路，散逸半导体芯片产生的热。
微电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、 光和机械性能，还影响其可靠性和成本，同时，微电子 封装对系统的小型化常起着关键作用。因此，集成电路 和器件要求微电子封装具有优良的电、热、机械和光学 性能，同时必须具有高的可靠性和低的成本。
现状·趋势·战略
微电子封装技术的现状及发展
! 刘 于 ! 黄大贵
摘 要：论述了微电子封装技术的发展状况，介绍了微电子封装的代表性技术，包括带载封装（%&3）、栅阵列封装 （978）、倒装芯片技术（6&%）、芯片规模封装（&#3）、多芯片模式（$&$）、三维（,1）封装等，并概述了其发展趋势。