微电子学与计算机

微电子封装技术的优势与应用

 

0 引言

在电子产品高性能、高集成以及小型化发展背景下,微电子技术应用需求呈现出日益上升的趋势。微电子技术逐渐发展为信息社会的支柱性产业,发挥的作用越来越大。而微电子技术发展的重要标志在于半导体集成电路飞速发展[1]。近年来,我国在微电子技术方面的重视度逐渐提升,而且积极布局投入,随着社会创新氛围的日益浓郁,微电子技术获得迅速发展和进步。就微电子发展水平进行分析,IC芯片技术以及微电子封装技术息息相关,联系密切,两者是相互促进的关系,所以说,微电子封装技术向着小型化转变,促使其更好地满足环保要求。

1 微电子封装技术发展现状

自20世纪以来,通信行业获得快速发展,进而促使微电子行业成为世界重要产业之一,并逐渐发展为我国重要支柱产业。目前,微电子被分离成三个独立产业,分别是设计产业、制造产业以及封装产业,这三个产业都是我国支柱性产业。在现代社会快速发展的背景下,微电子封装技术成为IT行业关键性技术,也是微电子产业关键性组成部分之一。从微电子封装技术定义上进行分析,主要是指将大量半导体电子元件进行组装,使其成为完整封装体,且电源需要由外界提供。从某种程度上讲,微电子封装可以促使IC得到正常运作,最大限度避免外界干扰,因此微电子封装必须要在电子器件方面满足用户个性化设计需求,保证质量等各方面指标是合格的、可靠的[2]。

目前,微电子封装技术具有非常多的种类,根据封装方式进行划分,可以分为通孔入式以及表面安装式。将微电子封装技术按照发展阶段进行划分,可以分成以下三个阶段:第一是20世纪70年代,微电子封装技术属于传统形式的插装型封装,发展到20世纪70年代后期时,逐渐以双列直插封装为主,且该类型封装技术获得广泛应用,例如模压陶瓷等。第二是20世纪80年代,常见的微电子封装技术为表面安装技术,该时期的封装技术发展得比较成熟了,然而因表面封装技术引线排列方面存在一定缺陷,若要使表面全部引线维持共面状态的难度非常大[3]。为了缓解这一困难,就发展处一种新的技术,那就是引线扁平封装技术。该技术与插装型封装技术进行对比,鲜明的特点就在于封装大小与操作难度都大大减小。第三是20世纪90年代,在现代化社会发展的背景下,电子技术得到迅速发展,且集成电路技术发展水平也在日益提升,大量新技术频繁出现,从而使其对现存微电子封装技术提出了更加严格的要求,四边引线封装发展为平面型封装,并且成为现代社会应用最为广泛的封装技术。发展到20世纪90年代后期时,封装技术积极革新,使现在微电子封装技术向着小型化与低功耗的方向迈进。

2 微电子封装技术优势分析

当一块IC制造完成后,就包含着所有设计功能的有效发挥,而且具有非常强的可靠性。从某种程度上讲,芯片“封装”环节的存在本来是意义不大的,究其原因在于封装不会添加价值,反之,不适宜的电子封装还会导致功能下降。很早之前,系统开发者已经尝试摆脱封装,直接将IL设置安装于电路基板上。从实践上来看,IBM公司的凸点倒装芯片以及AT&T公司的梁式引线都进行了实践,之后Delco Electronics Lucent公司将芯片焊接到陶瓷基板上。然而,在实际操作过程中,不需要封装的IC会受到多种因素的影响,往往难以实现。其实,使用封装的IC也存在一些好处,比如,可以对脆弱敏感芯片进行保护,还方便传送、返修以及测试等,有助于实现引脚的标准化,让装配工作更加科学化,还能够改善IC热失配等[5]。综上所述,各类微电子IC芯片还是需要封装的,促使微电子封装技术快速发展。

在微电子技术持续发展的背景下,芯片特征以及尺寸日益缩小,一块芯片可以集成六七千万甚至是更多电路,增强了集成电路功能,与此同时,整机以及系统都呈现出小型化、高可靠性、高性能以及高密度的趋势,价格比竞争日益强烈,IC品种不断扩展,上述因素都促使微电子封装快速向前发展,不同类型的封装结构层出不穷。从某种程度上讲,微电子封装技术水平提升,又反作用于IC以及电子器件发展。电子系统小型化以及高性能化发展趋势,促使电子封装的价值提升,甚至可以与芯片价值相提并论了。比如,同样功能电子系统不仅能够采用单芯片封装方式进行组装,而且还能够采用MCM封装技术组装。两者进行对比发现,后者的封装技术密度更高,且性能更好,与等效单芯片封装比较的体积能够减小80%~90%之间,芯片延迟也会减小75%。从中可以分析出,电子封装在电子整机系统发展中意义重大。微电子封装会直接影响IC电性能以及热性能等的发挥,还会间接影响其可靠性以及成本,在电子整机系统可靠性发展与小型化发展中发挥着决定性作用。与此同时,随着大量新型IC运用高I/O引脚数封装,其成本在总成本中的比重逐渐上升,而且还会更高。现阶段,国际上已经把电子封装作为独立产业发展,其重要性与IC设计、制造以及测试并列,这四大支柱产业相互独立,但是又密不可分,对电子信息产业发展乃至国民经济发展都关系重大。根据相关研究结果显示,在50年前的时候,每个家庭仅仅有5只有源器件,然而发展到今天已经有10亿只晶体管了。换言之,电子封装与国计民生息息相关,重要性是不言而喻的。此外,微电子封装技术所涉及的范围日益扩大,被应用到了各类材料以及电子等多种学科,并受到人们的高度重视,是与IC芯片技术同步发展的重要高新产业之一。

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