微电子制造和封装技术发展研究

贾成禹

摘要：当前社会和国家正处于互联网大数据信息时代的背景下，微电子技术的兴起和发展在社会和国家中所占的比重逐渐扩大。网络时代下对电子产品的要求越来越多元化和复杂化，人们对电子产品的需求越来越精细化，要求电子产品从外观到内在都需要不断精进，微电子技术面临着极大的考验。制造技术和封装技术是微电子技术的核心内容，只有不断精进制造技术和封装技术微电子技术才能实现更大的突破，因此微电子制造和封装技术的发展值得研究。

关键词：微电子；制造技术；封装技术

随着时代发展和网络的普及应用，电子信息行业不断发展壮大，已成为我国国民经济支柱行业之一。微电子是电子信息行业的内核，而微电子技术的发展受制造技术和封装技术的影响，因此制造技术和封装技术的发展尤为重要。我国目前微电子技术的水平仍然和发达国家有所差距，需要不断开拓创新建立完善发展战略做到整体把控布局全面，逐步缩小和发达国家微电子技术间的差距。本文主要研究制造技术和封装技术两方面，从发展历程、发展现状和发展方向展开具体的分析。

1. 微电子制造技术

上世纪五十年代集成电路的发明标志微电子技术的正式诞生，在国家社会经济和商业发展的联合作用下，微电子技术被世人知晓并在各行各业中普及应用，微电子技术历经了半个世纪的迅猛发展。半导体材料是微电子技术的基础，第一代半导体材料是硅和锗，第二代半导体材料是砷化镓和磷化铟为代表的，第三代半导体材料是氮化镓和碳化硅为，这是半导体材料的发展历程。制造技术作为微电子技术的核心组成部分对半导体材料的发展起到重要作用。制造技术也经历了从毫米级到纳米级的飞跃发展。微电子技术重要体现在集成电路上，微电子技术的发展形成了自身独有的内在规律例如摩尔定律，微电子技术的应用为电子信息行业提供源源不断的发展动力。纵观微电子技术的发展历程、发展现状和未来的发展方向，会发现支撑微电子技术发展的是微电子制造技术。微电子制造技术是微电子设计技术和微电子产品应用技术之间有效沟通的桥梁^[1]。

在微电子技术发展的过程中，微电子制造技术的应用主要体现在集成电路和分立器件的制造生产工艺上。正常来说集成电路和分立器件在制造生产工艺上并无太大区别仅仅只是两者的功能与结构有所差别。但是受电子信息行业的发展趋势影响目前集成电路的应用范围比分立器件的应用范围更加广泛，因此分立器件在微电子制造技术应用中所占的比重逐渐减少，集成电路逐渐成为微电子制造技术的核心内容。微电子制造技术在集成电路的制造过程中，主要体现在材料、工艺设备和工艺技术三方面。随着国家和社会的不断发展，高新科技和信息技术的研发，微电子制造技术逐渐出现了产业分工现象。微电子制造技术在当今的发展中，集成电路分为材料制备、前段工艺和后端工艺三大部分，三者相辅相成不断创新。集成电路的种类有多种，相关的工艺也有差异，但各类集成电路制造的基本路径大致相同。材料制造包括各种圆片的制备，涉及从单晶拉制到外延的多个工艺，材料制造的主要工艺有单晶拉制、单晶切片、研磨和抛光、外延生长等几个环节。前端工艺总体上可以概括为图形制备、图形转移和注入形成特征区等三大步，其中图形制备以光刻工艺为主，借助于浸液式扫描光刻技术。图形转移的主要内容是将光刻形成的图形转入到其他的功能材料中，如各种介质、体硅和金属膜中，以实现集成元器件的功能结构。注入或扩散的主要目的是通过外在杂质的进入，在硅片特定区域形成不同载流子类型或不同浓度分布的区域和结构。后端工艺则以芯片的封装工艺为主要代表^[2]。

微电子制造技术发展的主要表现形式是自身能力的提升，其中主要的贡献来自于微电子制造设备技术的迅速发展和相关配套材料技术的同步提升。光刻技术的发展最能体现出微电子制造技术发展的这一特点。光刻技术从上世纪中期的毫米级发展到今天的纳米级，光刻设备、制造设备和光刻胶材料技术的同步发展是决定性因素。这方面技术的提升直接促使未来微电子制造水平的提升，主要表现在圆片的大直径化和特征尺寸的不断发展^[3]。

二、微电子封装技术

微电子封装技术的发展历程一共经历三个阶段。第一阶段是20世纪70年代中期由双直列封装技术为代表的针脚插入型发展为四边引线扁平封装型，后者的封装尺寸明显小于前者，操作起来更加方便快捷，技术的可靠性更高，更适合电子信息行业的生产和发展。随着封装外形尺寸不断减小，产品的寄生参数随之减小，更适合高频应用。第二阶段是20世纪90年代中期以球栅阵列端子型封装为标志，随后又出现了各种封装体积更小的芯片尺寸封装。与四边引线扁平封装型相比球栅阵列端子型封装具有引线更短、散热性强和电噪声小的突出特点。球栅阵列端子型封装尺寸和封装面积更小、引脚数量更多同时更适合进行大规模生产。第三阶段是本世纪初多芯片系统封装出现，将封装技术带领进新的时代。微电子封装技术中主流技术集中在四边引线扁平封装型、球栅阵列端子型封装和多芯片系统封装等封装技术上同时向三维封装和系统封装的方向发展

^[4]。

微电子一级封装技术是指在半导体圆片裂片后将一个或多个集成电路芯片用适宜的封装技术快速封装起来，使之成为有实用功能的电子元器件或组件。一级封装技术包括单芯片组件和多芯片组件两大类。一级封装技术包含了从圆片裂片到电路测试的整个封装过程即后道封装，与此同时还包含单芯片组件和多芯片组件的设计和制作流程以及各种封装材料如引线键合丝、引线框架和环氧模塑料等内容。微电子二级封装技术是指将一级微电子封装产品连同元件一同安装到印制板或其它基板上使其成为部件或整机的技术过程。二级封装技术包括通孔安装技术、表面安装技术和芯片直接安装技术。二级封装技术还包括双层、多层印制板、柔性电路板和各种基板的材料、设计和制作技术。微电子三级封装技术是指将二级封装的产品通过选层、互连插座或柔性电路板与母板连结起来，形成三维立体封装，构成完整的整机系统。三级封装技术包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术。所谓微电子封装技术是个整体的概念，包括了从一极封装技术到三极封装技术的全部技术内容。在国际上微电子封装技术是一个很广泛的概念包含组装和封装的多项内容。我们应该把现有的认识纳入国际微电子封装技术的轨道，这样既有利于我国微电子封装技术与国外的技术交流，也有利于我国微电子封装技术的不断创新发展^[5]。

结束语：

微电子技术作为电子信息行业的核心技术，影响着电子信息行业的发展前景。只有微电子技术的不断发展才能更好地促进电子信息行业的发展，电子信息行业的发展才能更好地促进国家社会经济的发展，提高微电子技术的水平十分重要。制造技术和封装技术是微电子技术的核心组成部分，制造技术和封装技术的不断创新发展对微电子技术具有重要作用。本文主要说明我国目前制造技术与封装技术的发展历程、发展现状和发展方向，旨在提高国家对微电子技术的全面布局，增强国家综合实力。

参考文献：

[1]张丹.微电子制造和封装技术发展研究[J].科技创新导报,2019, 016(027):70-71.

[2]张彩云,晁宇晴.微电子封装设备数据采集技术[J].电子工艺技术,2019(3).

[3]刘于,黄大贵.微电子封装技术的现状及发展[J].机械制造,40(12):3.

[4]范琳,刘金刚,陶志强等.微电子封装材料技术的发展现状与趋势[C]//第二届高新技术用石英制品及相关材料技术与市场研讨会论文集.2018.

[5]王超.微电子制造和封装技术发展研究[D].扬州大学,2020.