电子封装现状及发展趋势

电子封装的现状及发展趋向

现代电子信息技术飞快发展,电子产品向小型化、便携化、多功

能化方向发展.电子封装资料和技术使电子器件最后成为有功能的产

品.现已研发出多种新式封装资料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一同,共同推进着信息化社会的发展

一．电子封装资料现状最近几年来,封装资料的发展向来体现迅速增加的态势

料用于承载电子元器件及其连结线路,并拥有优秀的电绝缘性

.

.

电子封装材

封装

对芯片拥有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和靠谱性起

侧重要作用.理想的电子封装资料一定知足以下基本要求:1)高热导率,

低介电常数、低介电消耗,有较好的高频、高功任性能;2)热膨胀系数

(CTE)与Si或GaAs芯片般配,防止芯片的热应力破坏;3)有足够的强度、

刚度,对芯片起到支撑和保护的作用;4)成本尽可能低,知足大规模商业化应用的要求

;5)

密度尽可能小

(

主要指航空航天和

挪动通讯设施),并拥有电磁障蔽和射频障蔽的特征。电子封装资料主

要包含基板、布线、框架、层间介质和密封资料.

1.1基板

高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最

基本要求,同时还应与硅片拥有优秀的热般配、易成型、高表面平坦

度、易金属化、易加工、低成本并拥有必定的机械性能电子封装基片

资料的种类好多,包含:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合

资料等.陶瓷

陶瓷是电子封装中常用的一种基片资料,拥有较高的绝缘性能和

优秀的高频特征,同时线膨胀系数与电子元器件特别邻近,化学性能

特别稳固且热导率高跟着美国、日本等发达国家接踵研究并推出叠片

多层陶瓷基片,陶瓷基片成为现在世界上宽泛应用的几种高技术陶瓷

之一当前已投人使用的高导热陶瓷基片资料有A12q,AIN,SIC和B或)

等.

环氧玻璃

环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、

双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础资料)构成的

复合资料.此种资料的力学性能优秀,但导热性较差,电性能和线膨胀

系数般配一般.因为其价钱便宜,因此在表面安装(SMT)中获取了宽泛

应用.

金刚石

天然金刚石拥有作为半导体器件封装所必要的优秀的性能,如高

热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数(5.5)、高电阻率(1016n·em)

和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年月起,在微电子界利用金刚

石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热资料,应用于微波

雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提升

了它们的输出功率.可是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂

贵的价钱和尺寸的限制,这类技术没法大规模推行.

金属基复合资料为认识决单调金属作为电子封装基片资料的弊端,人们研究和开

发了低膨胀、高导热金属基复合资料.它与其余电子封装资料对比,

能够经过改变加强体的种类、体积分数、摆列方式,基体的合金成分

或热办理工艺实现资料的热物理性能设计;也能够直接成型,节俭材料,降低成本

.

用于封装基片的金属基复合资料主要为

Cu

基和

Al

基复合

资料

1.2布线资料

导体布线由金属化过程达成.基板金属化是为了把芯片安装在基板上和使芯片与其余元器件相连结.为此,要求布线金属拥有低的电阻率和气的可焊性,并且与基板接合坚固.金属化的方法有薄膜法和厚膜法,前者由真空蒸镀、溅射、电镀等方法获取,后者由丝网印刷、涂布等方法获取.薄膜导体资料应知足以下要求:电阻率低;与薄膜元件接触电阻

小,不产生化学反响和互相扩散;易于成膜和光刻、线条精美;抗电迁徙能力强;与基板附着强度高,与基板热膨胀系数般配好;

可焊性好,拥有优秀的稳固性和耐蚀性;成本低,易成膜及加工.Al是

半导体集成电路中最常用的薄膜导体资料,其弊端是抗电子迁徙能力

差.Cu导体是最近几年来多层布线中宽泛应用的资料.Au,Ag,NICrAu,Ti-Au,Ti-Pt-Au等是主要的薄膜导体.为降低成本,

最近几年来采纳Cr-Cu-Au,Cr-Cu-Cr,Cu-Fe-Cu,Ti-Cu-Ni-Au等做导体薄

膜.

1.3层间介质

介质资料在电子封装中起侧重要的作用,如保护电路、隔绝绝缘和防备信号失真等.它分为有机和无机2种,前者主要为聚合物,后者

为SiO2:,Si3N4和玻璃.多层布线的导体间一定绝缘,所以,要求介质有高的绝缘电阻,低的介电常数,膜层致密.

厚膜多层介质

厚膜多层介质要求膜层与导体相容性好,烧结时不与导体发生化学反响和严重扩散,多次烧结不变形,介质层与基板、导体附着坚固,

热膨胀系数与基板、导体相般配,合适丝网印刷.

薄膜介质分以下3种:

(1)玻璃一陶瓷介质既除去了陶瓷的多孔构造,又战胜了玻璃的过流现象,每次烧结陶瓷都能渐渐溶于玻璃中,提升了玻璃的融化温度,合适多次烧结.(2)微晶玻璃.(3)聚合物.薄膜多层介质薄膜多层介质能够经过CVD法、溅射和真空蒸镀等薄膜工艺实现,也能够由Si的热氧化形成5102介质膜.有机介质膜主假如聚酞

亚胺(PI)类,它经过施转法进行涂布,利用液态流动形成平展化结

构,加热固化成膜,刻蚀成各样图形.此方法简单、安全性强.因为

Pl的介电常数低、热稳固性好、耐侵害、平展化好,且原料价廉,

内应力小,易于实现多层化,便于元件微细化,成品率高,合适多层

布线技术,当前外国对聚合物在封装中的应用进行了大批研究

1.4密封资料

电子器件和集成电路的密封资料主假如陶瓷和塑料.最早用于封装

的资料是陶瓷和金属,跟着电路密度和功能的不停提升,对封装技术提

出了更多更高的要求,同时也促使了封装资料的发展.即从过去的金属

和陶瓷封装为主转向塑料封装.到现在,环氧树脂系密封资料占

整个电路基板密封资料的90%左右.

二．电子封装技术的现状

20世纪80年月从前,全部的电子封装都是面向器件的,到20世

纪90年月出现了MCM,能够说是面向零件的,封装的观点也在变化.它不再是一个有源元件,而是一个有功能的零件.所以,现代电子封装应当

是面向系统或整机的.发展电子封装,即要使系统小型化,高性能、高可

靠和低成本.电子封装已经发展到了新阶段,同时给予了很多新的技术内

容.以下是现代电子封装所波及的几种主要的先进封装技术

2.1球栅阵列封装

该技术采纳多层布线衬底,引线采纳焊料球构造,与平面阵列

(PGA)(见图1)和四边引线扁平封装(QFP)(见图2)对比,其长处为互

连密度高,电、热性能优秀,并且可采纳表面安装技术,引脚节距为

1.27mm或更小.因为多层布线衬底的不一样,可有不一样种类的球栅阵列

封装

2,2芯片级封装

这是为提升封装密度而发展起来的封装.其芯片面积与封装面积之

比大于80%.封装形式主要有芯片上引线(LOC),BGA(microBGA)和面阵

列(I一GA)等,是提升封装效率的有效门路.当前,主要用于静态储存器

(SRAM)、动向随机存取储存器(DRAM)、管脚数不多的专用集成电

路(ASIC)和办理器.它的长处主假如测试、装架、组装、维修和标准化等.

2.3直接键接芯片技术

这是一种把芯片直接键接到多层衬底或印制电路板上的先进技

术,一般有3种方法:引线键合法、载带自动键合法和倒装焊料接合法.

第1种方法和当前的芯片工艺相容,是宽泛采纳的方法,尔后者发源于

IBM,是最有吸引力和成本最低的方法.

2.4倒装法

这是一种把芯片电极与衬底连结起来的方法,将芯片的有源面电极

做成凸点,使芯片倒装,再将凸点和衬底的电极连结.过去凸点制作采纳半导体工艺.当前,最有名的是焊料凸点(Solderbump)制作技术,

该技术是把倒装芯片和互连衬底靠可控的焊料塌陷连结在一同,能够

减少整体尺寸30%~50%,电性能改良10%~30%,并拥有高的性能和靠谱

性.

三．行业远景展望

在金属陶瓷方面,