集成电路封装发展

集成电路封装发展摘要：集成电路封装是指利用膜技术及细微加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布局、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌注固定构成整体立体结构的工艺。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。集成电路封装是伴随集成电路的发展而前进的。随着集成电路及封装技术的不断发展，整机也向着多功能、小型化方向发展。这样，就要求集成电路的集成度越来越高，功能越来越复杂。相应地要求集成电路封装密度越来越大，引线数越来越多，而体积越来越小，重量越来越轻，更新换代越来越快，封装结构的合理性和科学性将直接影响集成电路的质量。因此，对于集成电路的制造者和使用者，系统的认识和了解当下主流的集成电路封装技术，就显得非常的必要。关键词：IC封装；集成电路；封装技术IntegratedcircuitpackagingdevelopmentAbstract:Integratedcircuitpackagingisaprocesswhichusemembranetechnologyandfineprocessingtechnologytolayout,pasteandfixed,andconnectstheICandothercomponentsontheleadframeorPCBboardtodrawforthterminalandformwholesolidconstructionusinginfusionfixedmethodwithplasticityinsulatingmedium.Itisnotonlyveryimportanttosetupandfixingandsealingandprotectingchipandtoenhancetheperformanceofelectricheatingproperty,butalsoimportanttoachieveconnectingbetweeninnerchipandexternalcircuitwhichusingconductortodrawforthterminalfromtheoutputpointoftheinnerchiptoformtheterminalofpackageshell.ThenusethoseterminalsandthecircuitonPCBboardtoconnectothercomponents.Integratedcircuitpackagingwasgonealongwiththedevelopmentofintegratedcircuit.Duringthecontinuousdevelopmentofintegratedcircuitandpackagetechnology,thewholesetalsobecomesmallerandsmaller,andthesametimethefunctionbecomemoreandmorepowerful.Sorequireintegratedcircuittobecomemoreandmoreintensiveandcomplextocatchit.Correspondinglyrequireintegratedcircuitpackagingtobecomemoreandmoreintensiveandthenumberofterminalbecomemoreandmore,thesizeandtheweightbecomesmallerandsmaller,theupdatingoftechnologybecomefasterandfaster.Thereasonabilityandscientificityofpackagestructurewillaffectdirectlythequalityofintegratedcircuit.Thereforeitisverynecessarytosystematicallystudyandlearncurrentpopularintegratedcircuitpackagingtechnologyforthemanufacturersandusers.Keywords:Integratedcircuitpackaging;Integratedcircuit;Packagingtechnology1引言随着电子产品在个人、医疗、家庭、汽车、环境和安防系统等领域得到应用，同时在日常生活中更加普及，对新型封装技术和封装材料的需求变得愈加迫切。从80年代中后期开始电子产品正朝着便携式、小型化、网络化和多媒体化方向发展。这种市场需求，对电路封装技术提出了相应的要求：单位体积信息的提高（高密度化）和单位时间处理速度的提高（高速度化）。为了满足这些要求，势必要提高电路组装的功能密度，这就为芯片封装技术的发展提供了动力。同时由于集成电路不仅仅是单块芯片或者基本电子元件结构，集成电路的种类千差万别（模拟电路、数字电路、射频电路、传感器等），因而对于封装技术的要求也各不相同。封装技术其实就是一种将集成电路打包的技术。拿我们常见的内存来说，我们实际看到的体积和外观并不是真正的内存的大小和面貌。而是内存芯片经过打包即封装后的产品。这种打包对于芯片来说是必须的，因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能的下降。另一方面封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB板（PrintCircuitBoard，印刷电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。2封装的作用集成电路封装不仅起到集成电路芯片内键合点与外部进行电气连接的作用，也为集成电路芯片提供了一个稳定可靠的工作环境，对集成电路芯片起到机械或环境保护的作用，从而集成电路芯片能够发挥正常的功能，并保证其具有高稳定性和可靠性。总之，集成电路封装质量的好坏，对集成电路总体的性能优劣关系很大。因此，封装应具有较强的机械性能、良好的电气性能、散热性能和化学稳定性。虽然IC的物理结构、应用领域、I/O数量差异很大，但是IC封装的作用和功能却差别不大，封装的目的也相当的一致。作为“芯片的保护者”，封装起到了好几个作用，归纳起来主要有两个根本的功能：（1）保护芯片，使其免受物理损伤；（2）重新分布I/O，获得更易于在装配中处理的引脚节距。封装还有其他一些次要的作用，比如提供一种更易于标准化的结构，为芯片提供散热通路，使芯片避免产生α粒子造成的软错误，以及提供一种更方便于测试和老化试验的结构。封装还能用于多个IC的互连。可以使用引线键合技术等标准的互连技术来直接进行互连。或者也可用封装提供的互连通路，如混合封装技术、多芯片组件（MCM）、系统级封装（SiP）以及更广泛的系统体积小型化和互连(VSMI)概念所包含的其他方法中使用的互连通路，来间接地进行互连。随着微电子机械系统(MEMS)器件和片上实验室（lab-on-chip）器件的不断发展，封装起到了更多的作用：如限制芯片与外界的接触、满足压差的要求以及满足化学和大气环境的要求。人们还日益关注并积极投身于光电子封装的研究，以满足这一重要领域不断发展的要求。最近几年人们对IC封装的重要性和不断增加的功能的看法发生了很大的转变，IC封装已经成为了和IC本身一样重要的一个领域。这是因为在很多情况下，IC的性能受到IC封装的制约，因此，人们越来越注重发展IC封装技术以迎接新的挑战。3封装形式集成电路发展初期，其封装主要是在半导体晶体管的金属圆形外壳基础上增加外引线数而形成的。但金属圆形外壳的引线数受结构的限制不可能无限增多，而且这种封装引线过多时也不利于集成电路的测试和安装，从而出现了扁平式封装。而扁平式封装不易焊接，随着波峰焊技术的发展又出现了双列式封装。由于军事技术的发展和整机小型化的需要，集成电路的封装又有了新的变化，相继产生了片式载体封装、四面引线扁平封装、针栅阵列封装、载带自动焊接封装等。同时，为了适应集成电路发展的需要，还出现了功率型封装、混合集成电路封装以及适应某些特定环境和要求的恒温封装、抗辐照封装和光电封装。并且各类封装逐步形成系列，引线数从几条直到上千条，已充分满足集成电路发展的需要。4封装材料如上所述，集成电路封装的作用之一就是对芯片进行环境保护，避免芯片与外部空气接触。因此必须根据不同类别的集成电路的特定要求和使用场所，采取不同的加工方法和选用不同的封装材料，才能保证封装结构气密性达到规定的要求。集成电路早期的封装材料是采用有机树脂和蜡的混合体，用充填或灌注的方法来实现封装的，显然可靠性很差。也曾应用橡胶来进行密封，由于其耐热、耐油及电性能都不理想而被淘汰。使用广泛、性能最为可靠的气密密封材料是玻璃-金属封装、陶瓷-金属封装和低熔玻璃-陶瓷封装。处于大量生产和降低成本的需要，塑料模型封装已经大量涌现，它是以热固性树脂通过模具进行加热加压来完成的，其可靠性取决于有机树脂及添加剂的特性和成型条件，但由于其耐热性较差和具有吸湿性，还不能与其他封装材料性能相当，尚属于半气密或非气密的封接材料。随着芯片技术的成熟和芯片成品率的迅速提高，处于后部的封装成本占整个集成电路成本的比重也愈来愈大，封装技术的变化和发展日新月异，令人目不暇接。5集成电路封装类型5.1DIP双列直插式封装DIP(DualIn－linePackage)是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。DIP封装具有以下特点：1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。5.2SIP单列直插式封装单列直插式封装（SIP），引脚从封装一个侧面引出，排列成一条直线。通常，它们是通孔式的，管脚插入印刷电路板的金属孔内。当装配到印刷基板上时封装呈侧立状。这种形式的一种变化是锯齿型单列式封装(ZIP)，它的管脚仍是从封装体的一边伸出，但排列成锯齿型。这样，在一个给定的长度范围内，提高了管脚密度。引脚中心距通常为2.54mm，引脚数从2至23，多数为定制产品。封装的形状各异。也有的把形状与ZIP相同的封装称为SIP。5.3SOP表面焊接式封装SOP（SmallOut-LinePackage小外形封装）是一种很常见的元器件形式。表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L字形)。材料有塑料和陶瓷两种。1968~1969年菲利浦公司就开发出小外形封装(SOP).以后逐渐派生出SOJ(J型引脚小外形封装)、TSOP(薄小外形封装)、VSOP(甚小外形封装)、SSOP(缩小型SOP)、TSSOP(薄的缩小型SOP)及SOT(小外形晶体管)、SOIC(小外形集成电路)等。5.4QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装QFP（PlasticQuadFlatPackage）封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。PFP（PlasticFlatPackage）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区