電子封裝技術(shù)是系統(tǒng)封裝技術(shù)的重要內(nèi)容,是系統(tǒng)封裝技術(shù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它要求在最小影響電子芯片電氣性能的同時(shí)對(duì)這些芯片提供保護(hù)、供電、冷卻、并提供外部世界的電氣與機(jī)械聯(lián)系等。本文將從發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)兩個(gè)方面對(duì)當(dāng)前電子封裝技術(shù)加以闡述,使大家對(duì)封裝技術(shù)的重要性及其意義有大致的了解。
集成電路芯片一旦設(shè)計(jì)出來(lái)就包含了設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的一切功能,而不合適的封裝會(huì)使其性能下降,除此之外,經(jīng)過(guò)良好封裝的集成電路芯片有許多好處,比如可對(duì)集成電路芯片加以保護(hù)、容易進(jìn)行性能測(cè)試、容易傳輸、容易檢修等。
因此對(duì)各類集成電路芯片來(lái)說(shuō)封裝是必不可少的。現(xiàn)今集成電路晶圓的特征線寬進(jìn)入微納電子時(shí)代,芯片特征尺寸不斷縮小,必然會(huì)促使集成電路的功能向著更高更強(qiáng)的方向發(fā)展,這就使得電子封裝的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)不斷向前發(fā)展。近年來(lái),封裝技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一,各種封裝方法層出不窮,實(shí)現(xiàn)了更高層次的封裝集成。本文正是要從封裝角度來(lái)介紹當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。
近年來(lái),我國(guó)的封裝產(chǎn)業(yè)在不斷地發(fā)展。一方面,境外半導(dǎo)體制造商以及封裝代工業(yè)紛紛將其封裝產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至中國(guó),拉動(dòng)了封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大;另一方面,國(guó)內(nèi)芯片制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大,也極大地推動(dòng)封裝產(chǎn)業(yè)的高速成長(zhǎng)。但雖然如此,IC的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與市場(chǎng)規(guī)模之比始終未超過(guò)20%,依舊是主要依靠進(jìn)口來(lái)滿足國(guó)內(nèi)需求。因此,只有掌握先進(jìn)的技術(shù),不斷擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模,將國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)國(guó)際化、品牌化,才能使我國(guó)的IC產(chǎn)業(yè)逐漸走到世界前列。
新型封裝材料與技術(shù)推動(dòng)封裝發(fā)展,其重點(diǎn)直接放在削減生產(chǎn)供應(yīng)鏈的成本方面,創(chuàng)新性封裝設(shè)計(jì)和制作技術(shù)的研發(fā)倍受關(guān)注,WLP設(shè)計(jì)與TSV技術(shù)以及多芯片和芯片堆疊領(lǐng)域的新技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)呈井噴式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),推動(dòng)高密度封測(cè)產(chǎn)業(yè)以前所未有的速度向著更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)發(fā)展。
大體上說(shuō),電子封裝表現(xiàn)出以下幾種發(fā)展趨勢(shì):
(1)電子封裝將由有封裝向少封裝和無(wú)封裝方向發(fā)展;
(2)芯片直接貼裝(DAC)技術(shù),特別是其中的倒裝焊(FCB)技術(shù)將成為電子封裝的主流形式;
(3)三維(3D)封裝技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)系統(tǒng)功能的有效途徑;
(4)無(wú)源元件將逐步走向集成化;
(5)系統(tǒng)級(jí)封裝(SOP或SIP)將成為新世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的微電子封裝技術(shù)。一種典型的SOP——單級(jí)集成模塊(SLIM)正被大力研發(fā);
(6)圓片級(jí)封裝(WLP)技術(shù)將高速發(fā)展;
(7)微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)正方興未艾,它們都是微電子技術(shù)的拓展與延伸,是集成電子技術(shù)與精密機(jī)械力加工技術(shù)、光學(xué)元器件技術(shù)為一體的新興技術(shù),真正達(dá)到了機(jī)、電、光的一體化。
從半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,高密度薄型化系統(tǒng)集成的(芯片疊層封裝)POP、(系統(tǒng)級(jí)封裝)SIP、(晶圓級(jí)封裝)WLP、(硅通孔)TSV、3D封裝等代表著IC封測(cè)技術(shù)發(fā)展的主流方向,先進(jìn)封裝技術(shù)與SIP是產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱門話題,其封裝基板向更小尺寸發(fā)展,引腳數(shù)量進(jìn)一步增多,引腳線寬/引腳間距更微細(xì)化,布線密度增大,芯片堆疊層數(shù)增加,原材料、設(shè)備、工藝技術(shù)難度更高都是其發(fā)展趨勢(shì)。
半導(dǎo)體技術(shù)路線圖不斷從質(zhì)量、成本和小型化等方面對(duì)產(chǎn)品制定新的更高的要求,后摩爾定律的內(nèi)涵是以“功能翻番”作為新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn),追求異構(gòu)器件/模塊集成、3D集成將成為主流,努力實(shí)現(xiàn)“功能翻番”和“尺寸縮小”以及“微結(jié)構(gòu)”的復(fù)合發(fā)展,SIP是“后摩爾時(shí)代”的發(fā)展方向之一,開發(fā)集成微系統(tǒng)技術(shù)涉及微電子、光電子、MEMS、架形、極小的熱效應(yīng)區(qū)、很高的芯片強(qiáng)度值,同時(shí)還能保證很高的生產(chǎn)效率,將使其在劃片工藝中得到廣泛應(yīng)用。
為了在封裝內(nèi)集成更多的功能,許多公司都在尋求密度更高的3D芯片封裝,3D互連打破了當(dāng)前芯片封裝主要在x和y方向的格局,增加了z方向封裝,該結(jié)構(gòu)使用更短的信號(hào)通路,由于信號(hào)損耗降低,對(duì)傳輸功率的要求變得更低,性能也就有了很大的提高。因此3D互聯(lián)技術(shù)成為未來(lái)封裝技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì),然而如何開發(fā)3D封裝技術(shù),還需要一步一步創(chuàng)新研發(fā),未來(lái)的設(shè)備將集成程度將更高,而且功能也會(huì)愈來(lái)愈多。
3D集成被認(rèn)為是下一代的封裝方案,現(xiàn)已提出多種方法,關(guān)注規(guī)模生產(chǎn)中的生產(chǎn)率和成本,無(wú)凸點(diǎn)WOW(晶圓堆疊晶圓)是繼芯片——芯片、芯片——晶圓技術(shù)后的第三代技術(shù),在背面-正面堆疊任何數(shù)量的減薄300mm晶圓,自對(duì)準(zhǔn)多TSV互連而不用凸點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)芯片對(duì)芯片的獨(dú)立連接,提高了晶圓級(jí)堆疊的總良率,可制定通向以生產(chǎn)成本支撐的高密度集成路線圖,其產(chǎn)出是以往的100倍。下一代3D制造中規(guī)模生產(chǎn)將采用芯片——晶圓技術(shù),然后是WOW。
3D DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)封裝采用TSV/DRAM陣列堆疊技術(shù),將4片或更多的DRAM核心芯片通過(guò)TVS堆疊,并與另外的外圍電路接口芯片一起鍵合到襯底上,從概念轉(zhuǎn)為生產(chǎn),有望帶來(lái)優(yōu)異的功率性能,封裝更小,并支持更高數(shù)據(jù)速率,成為未來(lái)工藝發(fā)展的趨勢(shì)。
CPU與存儲(chǔ)器的3D封裝是后摩爾時(shí)代的發(fā)展方向之一,3D封裝技術(shù)在解決MEMS(微機(jī)電)傳感器芯片的應(yīng)用方面也扮演了關(guān)鍵性角色,在異質(zhì)整合特性中,也可進(jìn)一步整合模擬射頻、數(shù)字邏輯、存儲(chǔ)器、傳感器、混合信號(hào)、MEMS等各種組件,具備低成本、小尺寸、多功能、微功耗等多重優(yōu)勢(shì), MEMS的3D封裝發(fā)展備受關(guān)注,逐步走向商品化。
TSV發(fā)展迅速,被許多半導(dǎo)體廠商和研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為是最有前途的封裝方法,國(guó)際上超過(guò)50%的廠商均參與3D TSV互連方面的研究,用于增加封裝密度,以TSV為主要互連方式的3D封裝結(jié)構(gòu),將在消費(fèi)類電子、通信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
先進(jìn)封裝技術(shù)在推動(dòng)更高性能、更低功耗、更低成本和更小形狀因子的產(chǎn)品上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(WCSP)應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)展,無(wú)源器件、分立器件、RF和存儲(chǔ)器的比例不斷提高。隨著芯片尺寸和引腳數(shù)目的增加,板級(jí)可靠性成為一大挑戰(zhàn)。系統(tǒng)封裝(SIP)已經(jīng)開始集成MEMS器件、邏輯電路和特定應(yīng)用電路。
MEMS應(yīng)用覆蓋了慣性、物理、RF、光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,這些應(yīng)用要求使用不同種類的封裝,比如開腔封裝、過(guò)模封裝、晶圓級(jí)封裝和一些特殊類型的密封封裝。使用TSV的三維封裝技術(shù)可以為MEMS器件與其他芯片的疊層提供解決方案。TSV與晶圓級(jí)封裝的結(jié)合可以獲得更小的填充因子,潛在領(lǐng)域包括光學(xué)、微流體和電學(xué)開關(guān)器件等。
圍繞3D封裝、綠色封裝、封裝可靠性與測(cè)試、表面組裝與高密度互連、封裝基板制造、先進(jìn)封裝設(shè)備、封裝材料、LED(發(fā)光二極管)封裝、新興封裝(MEMS/MOEMS)等技術(shù)是多個(gè)產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的專題,尤其對(duì)MEMS封裝技術(shù)的研發(fā)持續(xù)高漲。
電子封裝技術(shù)已涉及到各類材料、電子、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、可靠性等多種學(xué)科,是越來(lái)越受到重視、并與集成電路芯片同步發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。設(shè)計(jì)、芯片制造和封裝測(cè)試三業(yè)并舉,封裝在整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)鏈中的重要性是毋庸置疑的,其比例逐步趨向合理協(xié)調(diào)發(fā)展,其重要性有增無(wú)減。
目前電子封裝正進(jìn)入從平面封裝到三維封裝的發(fā)展階段,在芯片——封裝協(xié)同設(shè)計(jì)以及為滿足各種可靠性要求而使用具成本效益的材料和工藝方面,還存在很多挑戰(zhàn)。為滿足當(dāng)前需求并使設(shè)備具有高產(chǎn)量大產(chǎn)能的能力,業(yè)界還需要在技術(shù)和制造方面進(jìn)行眾多的創(chuàng)新研究。
當(dāng)然,挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存,先進(jìn)封裝產(chǎn)品的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng),重大專項(xiàng)給力引領(lǐng),產(chǎn)業(yè)環(huán)境日臻完善,自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)成為封測(cè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律,因此電子封裝技術(shù)研發(fā)任重而道遠(yuǎn)。
-
芯片
+關(guān)注
關(guān)注
452文章
49985瀏覽量
419657 -
封裝技術(shù)
+關(guān)注
關(guān)注
12文章
535瀏覽量
67939 -
電子封裝
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
73瀏覽量
10835
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論