微电子封装技术的发展趋势研究

曲祖光

随着电子产品轻、雹短、小的发展趋势和微电子技术的不断更新,微电子封装技术以其高密度和高性能的特点正逐渐进入超高速发展时期,已成为当前电子封装技术的主流。当下，微电子工业迅速发展，微电子产品已经涉及到我们生活中的方方面面，信息行业、通讯行业、能源行业等都离不开微电子技术，而在微电子技术中，微电子封装技术是微电子技术中的核心。

一、微电子封装技术种类

目前，占市场主流的新型微电子封装技术，主要包括焊球阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、原片级封装（WLP）、三位封装（3D）和系统封装（SIP）等项技术。

1、焊球阵列封装（BGA）。BGA是上世纪90年代开始发展的新型微电子封装技术，此技术展现了以下几点优势。一是电性能优越，BGA采用的是焊球，摒弃了传统的引线，引出路径短，这样可以减少延迟。二是封装的密度更加高。焊球的方式是在整个平面进行排列，在面积同等的情况下，引脚数量会更加多。例如边长为31mm的BGA，当焊球节距为1mm时有900只引脚。三是安装可靠，安装可靠主要体现在BGA的节距设置上，通常情况下，BGA的节距设置为1.4mm、1.37mm。

2、芯片尺寸封装（CSP）。CSP的发展历史和BGA相同，是同一个时期的产生技术，两者在技术本质上区别不大，美国著名科学家指出，当焊球节间距在lmm以上可视为BGA，在lmm以下可视为CSP。CSP也有着自身突出的优点：一是芯片的尺寸更加小，实现超小型封装。二是电热性能优良，密度高，三是安装便捷灵活，方便安装与更换。随着CSP技术的不断成熟，CSP也出现了一系列种类。

3、3D封装。3D封装技术在种类上可以分为三大类。一是埋置型3D封装，其结构是在基板的内部或者布线的夹层中埋置器件，在最上层再贴装SMC和SMD，这种结构可以实现立体封装。二是有源基板型3D封装，就是在源基板上进行多层次的布线，然后在最上层贴装SMC和SMD，这种结构也可以构成立体封装。第三种是叠层型3D封装，此项技术是在2D封装技术的基础上，将多个芯片、圆片等进行层叠衔接，在结构上形成立体封装。这三种3D封装，其发展最快、前景最好的是第三种封装技术，此项技术可以应用在手机产品上，在增加手机功能的同时减少封装厚度。

4、系统封装（SIP）。从SIP封装技术的使用，实现了电子整机系统。SIP采用单一的芯片封装，其主要的特点体现在四个方面。一是制造成本相对较低，采用的器件为商用元器件。二是采用SIP封装技术的产品，其市场周期比较短。三是SIP封装技术灵活性较强，在技术上也比较容易实现。市场上典型的SIP产品为单级集成模块，其封装效率、可靠性等方面都比市场上其他产品要高。目前，SIP技术尚不完善，但是有着广阔的市场前景。

二、新型微电子封装技术

1、BGA封装技术。BGA是焊球阵列封装，BGA技术诞生于上世纪90年代，技术成熟度较高。BGA封装主要是将I/O端与基板通过球柱形焊点阵列进行封装，通常作为表面固定来使用。BGA封装技术有诸多优点，如，阵列密度高、电性能较高，封装的可靠性好、组装成品率高等。根据BGA基板材料的不同选用，又可细分为塑料焊球阵列、陶瓷焊球阵列、金属焊球阵列等。需要提及的是，装芯片焊球阵列封装作为较为复杂的BGA封装技术是未来BGA发展的方向。

2、CSP封装技术。CSP芯片尺寸封装，同样诞生于上世纪90年代，CSP封装技术标准主要依据内核与封装面积比例的大小（小于或者等于1:1.2）。CSP为计算机小型化、微型化以及可携带性的提供了技术基矗芯片级封装的技术优点主要体现在，微型化；良好的电性能；封装密度；为测试和维修更换带来了较大便利等。目前全球各类芯片级的封装产品达到上百种，另外WLCSP（圆片级封装）是目前各类IC公司在封装技术发展和研究的热点。

3、3D封装技术。3D封装技术也称为三维封装。主要是应对微电子高密度立体式的组装，伴随着移动互联网的发展，手持设备需求量的几何式增长，多个芯片组立体式的封装需求推动着三维封装的极速发展。三维封装的技术优点主要是：更高密度的封装、电性能热性能更为突出、所支撑的功能性极大的丰富、封装高可靠性等。

三、微电子封装的发展趋势

微电子封装技术在发展的过程中也面临着一定的挑战，例如，在一段时期内，封装技术发展停滞，6～64根引线的扁平和双列式封装，基本上可以满足所有集成电路的需要，封装技术没有新的发展。但是随着新的市场需求的不断变化，新的封装材料也在不断研发，微电子封装技术还会有更好的发展。未来微电子封装技术发展趋势大体有以下方面。一是表面安装形式的封装技术仍然不会被淘汰。这种安装封装方式是将片式载体封装，符合商场是整机系统的要求。目前电子产品正在朝向小型化发展，其重量也在变轻，这一特点就要求在组装整机时要采用的器件为片式，让器件平贴在焊料膏的印制线路板焊盘上，然后通过焊接的方式将其固定，这种方式缩小了电子产品的体积，也减轻了其重量，提高了产品性。二是封装技术将密度更高、体积更孝引线更多。虽然电子产品越来越小型化，但是市场上超大规模的集成电路仍然占据半壁江山，其面积可达到7mm×7mm，这给封装技术带来挑战，引出端已经高达数百个之多，同时还要求低耗能、高速度。这些问题都是封装技术急需要解决的，目前，已经在研究开发高纯度、低应力、高密度的封装技术，以解决超大规模集成电路的封装难题。若想要减少封装时的体积，增加引线，最有效的办法就是减少引线之间的距离。例如市场上一个40线的双列式封装其封装面积要比68线大25%左右，其原因就在于引线距离。通常情况下，引线的间距为1.00mm，如果能够将这个间距缩减为0.80mm，甚至是0.5mm，那么其封装面积也会大大减校但是不可否认，引线间距减少，也会出现新的技术问题，例如，间距减小就会给绝缘电阻和分布电容带来压力。未来，为了更好的发展，势必要解决这一问题。三是塑料封装仍是微电子封装主要使用的技术。塑料封装有着明显的优势，其技术成本低、方法简单、功能显著。据统计，在目前微电子封装中，86%以上都是采用塑料封装的方式。塑料封装也有着明显的缺点，主要表现在密封性差，属于非气密。这个缺点导致了其防潮性差，也容易受到离子的影响。同时热稳定性差，无法对电磁波进行屏蔽，容易受到干扰。这些问题也让此技术的使用范围受到局限性，一些高可靠性的微电子产品不易使用这种技术。针对这些不足，市场上对此项技术也有所改进，大大提高了其稳定性，其市场前景依然很广阔。四是直接粘结样式的封装形式将会有更快发展，微电子封装技术先是插入式，随后发展成为表面安装式。随着市场的不断变化，粘结式这种方式更能够迎合人们的使用习惯，目前在市场上也占据了很大份额。

从微电子封装技术的相关概念谈起，通过简要介绍新型微电子封装技术来分析新型微电子封装技术特点，即高密度、功能特性、多元化封装材料、立体式封装方面的特点。相信伴随着相关工艺技术的成熟、材料技术的不断发展，微电子封装技术会迈上崭新的台阶。

参考文献：

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［2］陈军君，傅岳鹏，田民波．微电子封装材料的最新进展［J］．半导体技术，2013．

［3］吴懿平，丁汉．电子制造技术基础［M］．北京:机械工业出版社．2013.12