5.电子元件封装技术发展

電子元器件封裝技朮的發展目錄一、電子元器件封裝發展的趨勢二、封裝技朮發展的四個階段三、電子元器件封裝技朮最新進展四、未來的電子元器件封裝技朮1.1片式元件的发展1.2積成電路發展趨勢一、電子元器件封裝發展的趨勢在電子產品的各種元件當中，可以區分為兩類主動元件（activecomponent）能夠執行資料運算、處理的元件，包括各式各樣IC。被動元件（passivecomponent）有些電子元件也有電流訊號通過，不過，這件元件並不會對通過的電流訊號進行任何運算，只是將其訊號強度放大或是單純地讓電流訊號通過，最常見的就是電阻、電容等。1.1片式元件的发展1.SMC――片式元件向小、薄型发展﹕其尺寸从1206（3.2mm＊1.6mm）向0805（2.0mm＊1.25mm）－0603（1.6mm＊0.8mm）－0402（1.0mm＊0.5mm）－0201（0.6mm＊0.3mm）－01005(0.4mmx0.2mm)发展電子零件尺寸動向2.SMD――表面组装器件向小型、薄型和窄引脚间距发展﹕引脚中心距从1.27向0.635mm－0.5mm－0.4mm及0.3mm发展。3.出现了新的封装形式BGA（球栅阵列，ballgridarrag）、CSP（UBGA）和FILPCHIP（倒装芯片）窄间距技术（FPT）是SMT发展的必然趋势FPT是指将引脚间距在0.635－0.3mm之间的SMD和长＊宽小于等于1.6mm＊0.8mm的SMC组装在PCB上的技术。(1)IC製程技術趨勢:互補性金氧半導體(2)IC密度趨勢:記憶體增加率1.5/year(3)IC晶片尺寸趨勢:晶片面積約每年以13%成長,微處理器增加率1.35/year(4)IC效能趨勢:工作頻率迅速成長，但須有適當的傳輸線。(5)IC操作電壓趨勢:操作電壓5V3Vor3.5V預估可降至2.5V1.5V(6)IC設計週期:從500000個/設計30000個/設計1.2積成電路發展趨勢IC的尺寸與推展﹕SSI:一顆IC含10個電晶體MSI:指一顆IC含102個電晶體LSI:指一顆IC含104個電晶體VLSI:指一顆IC含106個電晶體ULSI:指一顆IC含108個電晶體GSI:指一顆IC含109個電晶體以電子元件尺寸為例,材料製程技術演進微米技術(~10-6m):SSI,MSI,LSI次微米技術(10-6m):VLSI,微機電奈米技術(10-6m):奈米元件,微機電2.1第一階段2.2第二階段2.3第三階段2.4第四階段二、封裝技朮發展的四個階段為80年代以前的通孔安裝(THD)時代﹐通孔安裝時代以TO型封裝和雙列直插封裝為代表﹐IC的功能數不高﹐引腳數較少(小于64)﹐這類封裝的引線間距固定﹐封裝可由人工用手插入PCB的通孔中2.1第一階段第二階段是80年代的表面安裝器件時代﹐表面安裝器件時代的代表是小外形封裝(SOP)和扁平封裝(QFP).大大提高管腳數和組裝密度﹐是封裝技朮的一次革命﹐引線間距為1.0,0.8,0.65,0.5,0.4mm﹐這一階段也是金屬引線塑料封裝的黃金時代2.2第二階段第三階段是90年代的焊球陣列封裝(BGA)/芯片尺寸封裝(CSP)時代﹐BGA封裝加寬了引線節距并采用了底部安裝引線方式﹐日本將BGA的概念用于CSP﹐開發了引線節距更小的CSP封裝﹐進一步減少了產品的尺寸和重量。2.3第三階段21世紀的3D疊層封裝時代﹐代表性的產品將是系統級封裝(SIP:systeminapackage)﹐從原來的封裝元件概念演變成封裝系統。它是將多個芯片和可能的無源元件集成在同一封裝內﹐形成具有系統功能的模塊﹐從而可以實現較高的性能密度﹑更高的集成度﹑更低的成本和更大的靈活性。2.4第四階段3.1封裝新材料3.2先進的電子元器件封裝3.3零件的相關資訊三、電子元器件封裝技朮最新進展電子元件封裝的最新進展主要體現在新材料和新技朮兩個方面1.低溫共燒陶瓷材料(LTCC)LTCC是相對應與HTCC(高溫共燒陶瓷)的一類封裝材料﹐其主要成份是由一些玻璃陶瓷組成﹐燒結溫度低﹐可與賤金屬共燒﹐具有介電常數低﹑介電損耗小﹑可以無源集成等優點﹐尤其是優良的高頻性能。3.1封裝新材料2.高導熱率氮化鋁陶瓷材料它是90年代才發展起來的一種新型高熱導率電子封裝材料。其熱導率高﹑熱膨脹系數與硅相匹配﹑介電常數低﹑高絕緣等優點﹐目前已經在微波功率器件﹑毫米波封裝﹑高溫電子封裝等領域獲得應用。3.新型的AISIC金屬基復合材料AISIC適用于高性能及高級熱處理的封裝設計。可以減化尺寸處理﹐避免了繁雜的后加工處理。具有很高的熱導率﹑與半導體芯片相匹配的熱膨脹系數以及非常低的密度。BGA1.BGA封裝BGA封裝技朮的出現是封裝技朮的一大突破﹐一改傳統的封裝結構﹐將引線從封裝基板的底部以陣列球的方式引出﹐這樣不僅可以安排更多的I/O﹐而且大大提高了封裝密度﹐改進了電性能。3.2先進的電子元器件封裝傳統封裝2.倒裝片封裝(FLIIPCHIP)倒裝片技朮是一種先進的﹑非常有前途的集成電路封裝技朮﹐它分為封裝倒裝片(FCIP)和板上倒裝片(FCOB)兩種。它是利用倒裝技朮將芯片直接裝入一個封裝體內﹐倒裝片封裝可以是單芯片也可以是多芯片形式。它的突出優點是體積小和重量輕.3.多芯片模塊(MCM)MCM是90年代興起的一種混合微電子組裝技朮﹐它是在高密度多層布線基板上﹐將若干裸芯片IC組裝和互連﹐構成更復雜的或具有子系統功能的高級電子組件。主要特點是布線密度高﹑互連線短、體積小﹑重量輕和性能高等。CSP4.CSP封裝CSP封裝是BGA封裝進一步小型化﹑薄型化的結果﹐它主要是指封裝面積不大于芯片尺寸1.2倍的封裝﹐其特點是尺寸小﹑成本低﹑功耗低等。它給高性能﹑低成本、微型化的高密度封裝帶來了希望。CSP零件的相關資訊3.3零件的相關資訊日本各半導體廠CSP零件生產情形CSP零件應用在產品上的情形CSP及FLIPCHIP零件的應用1.行動電話系統2.半導體製造3.筆記型電腦4.個人電腦系統上述行業將率先應用CSP及FLIPCHIP零件及技術於產品上,以達到產品短小輕薄方便攜帶的目的各種IC零件外形體積的比較1.圓片級封裝(WLP)技朮圓片級封裝和圓片級芯片尺寸封裝(WLCSP)是同一概念﹐表示的是此電路封裝完成后仍保持其圓片形式的封裝﹐其流行的主要原因是它可將封裝尺寸減至和IC芯片一樣大小以及其加工的低成本。2.疊層封裝技朮疊層封裝是指在一個芯腔/基板上將多個芯片豎直堆疊起來﹐進行芯片與芯片或芯片與封裝之間的互連﹐大多數的疊層封裝是兩個芯片相疊﹐但有一些廠家能生產更多芯片疊加的產品。四、未來的電子元器件封裝技朮3．SOC技朮SOC称为芯片上系统(SystemOnaChip)又称为系统单芯片，它的意义就是在单一芯片上具备一个完整的系统运作所需的IC，这些主要IC包括处理器，输入/输出装置，将各功能组快速连接起来的逻辑线路、模拟线路，以及该系统运作所需要的内存。这种将系统级的功能模块集成在一块芯片上使集成度更高，器件的端子数为300～400左右，是典型的硅园片级封装。4.系統級封裝(SIP)技朮是在系統級芯片(SOC)的基礎上發展起來的一種新技朮﹐系統級芯片指能在單片集成電路上實現系統功能的電路芯片﹐該芯片加以封裝就形成一個系統級的器件。是將多個半導體裸芯片和可能的無源元件構成的高性能系統集成于一個封裝內﹐形成一個完整的功能性器件。可以實現較高的性能密度﹑集成較大的無源元件﹐最有效的使用芯片組合﹐縮短交貨周期。5．纳米电子器件纳米电子器件可采用GaAs材料制作，也可用Si．Ge器件。由于纳米材料的特殊性能，使得纳米电子器件具有更优良的性能，如量子耦合的器件的研究使在一块芯片上用0.1μm的工艺技术集成1兆个器件成为可能，那时，在单片集成电路上就能实现极其复杂的系统。因此，我们可以相信，纳米技术的应用将使微电子器件产生突破性的进展。