芯片封装技术发展趋势

芯片封装技术发展趋势

刘杰铭周天微

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津市300300）

摘要：科技水平日益提高，随着集成电路（IC）的出现，电子产品的微型化、集成化水平越来越高。芯片作为集成电路的核心部件，是整个集成电路的关键所在，每一块芯片在投入使用前都需要进行封装处理。芯片的封装处理其作用在于为芯片提供保护和支撑，同时它也是集成电路不可或缺的重要组成部分。为了满足不断更新换代的电子产品的硬件需求，芯片的发展速度也日益增长，正因如此，与之相对应的芯片封装技术也需要不断的发展完善。本文对几种新型芯片的封装处理技术进行了分析介绍，并对芯片封装技术的未来发展趋势进行了探讨。

关键词：微电子；封装技术：发展分析

引言：

近年来，电子产品一直朝着更轻、更薄、更短、更小的方向发展着，这对于芯片封装技术来说也是一种挑战。目前，芯片封装技术已经进入以高密度、高性能为技术特点的告诉发展时代。简单来说，芯片封装技术就是一种把集成电路芯片打包的技术。以平时常见的内存条为例，我看到的内存条实际上并不是其真正的大小和外观，而是将内存芯片进行封装处理后的产品。芯片的封装处理是非常重要的，一方面是为了把芯片与外界隔离，防止外界空气中的杂质附着在芯片上，造成电路的腐蚀使芯片的性能下降。另一方面，进行过封装处理的芯片更容易运输和安装。由于芯片封装效果的优劣直接影响到芯片的使用寿命和性能发挥，所以对芯片封装技术进行深入的研究非常重要。

一、芯片封装关键技术

1.1芯片互连工艺

芯片互连工艺主要包括引线键合(WireBonding：WB)、载带自动焊接(TapeAutomatedBon-ding：TAB)和倒装芯片(FlipChip)工艺以及埋置芯片互连技术。

1.1.1WB工艺

WB技术是目前最为成熟的互连技术。WB技术分为热压焊、超声焊和热压超声焊(金丝球焊)：焊区金属一般采用的是1微米至数百微米直径的Au丝、AL丝和Si-AL丝。焊点强度高可满足70微米以上尺寸和艰巨的焊接需要。这种焊接方式的优点是灵活、方便：主要缺点是引线过长、压焊过重：易引起短路或失效。

1.1.2TAB技术

TAB是一种将芯片组装在金属化柔性高分子聚合物载带上的集成电路封装技术：将芯片焊区与电子封装体外壳的IO或基板上的布线焊区用有引线图形的金属箔丝连接：是芯片引脚框架的一种互连工艺。

1.1.3倒装芯片(FC)技术

FC技术是芯片面朝下、将芯片焊区和基板焊区直接互连的技术：。因为互连焊接的引脚长度即是凸点的高度：所以互连线最短：更适合高频、高速电子产品的封装。FC的安装面积比其它方法面积小：组装密度高：可实现高IO数的LSI、VLSI芯片的封装。另外：FC技术芯片的凸点可一次制作完成：省工省时。所以：FC技术的综合性能比WB、TAB技术都高：是今后发展的主流。

1.1.4埋置芯片互连技术(后布线技术)

埋置芯片互连技术是先将IC芯片埋置到基板或PI介质层中后：再统一进行布线：将IC芯片的焊区与布线金属自然相连。这种互连技术可以消除传统IC芯片与基板金属焊区的各类焊接点：从而提高电子产品的可靠性：此外：这种互连方式还可以进一步提高电子组装的密度：是实现3D封装的一种有效途径。

1.2典型封装技术

1.2.1BGA封装

BGA封装即球栅阵列封装：是在封装体基板的底部制作阵列焊球并作为电路的I/O端与印刷线路板(PCB)互接的技术：属于多针的LSI用封装：封装体的密度比QFP封装密度要大。例如：BGA焊点的节距一般为1.27mm和0.8mm：可以利用现有的SMT工艺设备：而QFP的引脚节距如果小到0.3mm：引脚间距只有0.15mm：实现焊接就显得比较困难：需要精密的贴装设备及完全不同的焊接工艺。

1.2.2CSP封装

CSP即芯片尺寸封装：JEDEC(美国EIA协会联合电子器件工程委员会)的JSTK-012标准规定：LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积的120%的产品为CSP：CSP是目前体积最小的LSI芯片封装之一。引脚数相同的封装：CSP的面积不到0.5mm节距QFP的十分之一：只有BGA的三分之一到十分之一。

近年来，集成电路芯片不断朝着高度集成化及高性能化的方向发展，基于CSP技术容易测定及老化，便于使用一次回流焊接等优势，且安装操作较为简便，可以预见在未来的一段时间内，CSP将会替代常规的封装方法。

二、芯片封装技术的发展趋势

根据目前芯片封装技术的发展情况来看，未来封装技术必然会向着少封装甚至无封装的方向发展、向着多芯片方向发展、向立体封装方向发展、向着系统集成封装方向发展。

2.1二维组装向三维(3D)立体封装发展

芯片级三维立体组装习惯上称为3D封装或立体芯片封装技术：是在传统器件封装技术基础上发展起来的新工艺技术。通常的三维封装是把两个或多个芯片(或芯片封装)在单个封装中进行堆叠：是一种强调在芯片正方向上的多芯片堆叠：实际上它也是一种堆叠封装。立体组装技术是提高组装密度最好的方法：组装密度可达到200%～300%。

2.2无源元件将走向集成化

在各种电子产品中无源元件和有源器件的典型比值为10：1：而在新一代的数字产品中比例更可达50：1：甚至更大。无源元件与有源器件(集成电路等半导体产品)是微组装产品结构中的核心部分。为了提高封装效率：消除单个封装工艺、电路基板上不再组装分立元器件：可以采用将无源元件的小型化和集成化的方法。

2.3由分立系统向系统级封装发展

SiP是近年来发展迅速且非常有市场潜力的组装技术：它是实现电子产品小型化和多功能化的重要手段。20世纪90年代后期：美国佐治亚理工学院PRC研究开发的单级集成模块就是SiP的典型代表。它是将各类IC芯片和器件、无源元件、布线和介质层都组装在一个封装系统内：即将原来的三个封装层次浓缩在一个封装层次内：极大地提高了封装密度和封装效率：它具有设计灵活、大大缩短互连线、运用灵活、封装体积减小、组装效率提高等性能特点。

结语：

现代科研有着两个大方向，一个是巨型化，一个是微型化，小小的一片芯片就可以代表现代微电子技术的最高水平，为了保证一片芯片的正常运转，往往需要近万种技术的正确使用和良好配合。从文中可以看出集成电路芯片技术与芯片封装技术的关系是相互促进的，密不可分的。每次当芯片封装技术出现重大突破时，都会带动芯片制造业的巨大发展。

参考文献：

[1]华冰鑫：李敏：刘淑红.微电子封装的发展历史和新动态[J].产业与科技论坛：2017：16(16)：50-51.

[2]罗艳碧.第四代微电子封装技术-TVS技术及其发展[J].科技创新与应用：2014(07)：3-4.