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21世紀的先進電路組裝技術


20世紀90年代是值得人們回憶的,無線通訊的興旺、多媒體的出現和互連網的發展,使全球范圍的信息量急劇增加,要求信息數據交換和輸實現大容量化、高速化和數字化,從而促進了電子信息設備向著高性能、高度集成和高可靠性方向迅速發展,使電子信息產業迅速壯大和突飛猛進。支持這種發展進程和關鍵技術就是先進電路組裝技術的發展和推廣應用。先進電路組裝技術是由先進IC封裝和先進SMT相結合組成的電路組裝技術。

先進IC封裝技術近期發展和21世紀展望

電子元器件是電子信息設備的細胞,板級電路組裝技術是制造電子設備的基礎。不同類型的電子元器件的出現總會導致板級電路組裝技術的一場革命。60年代與集成電路興起同時出現的通孔插裝技術(THT),隨著70年代后半期LSI的蓬勃發展,被80年代登場的第一代SMT所代替,以QFP為代表的周邊端子型封裝已成為當今主流封裝;進入90年代,隨著QFP的狹間距化,板級電路組裝技術面臨挑戰,盡管開發了狹間距組裝技術(FPT),但間距0.4mm以下的板級電路組裝仍然有許多工藝面臨解決。作為最理想的解決方案90年代前半期美國提出了第二代表面組裝技術的IC封裝一面陣列型封裝(BGA),其近一步的小型封裝是芯片尺寸的封裝(CSP),是在廿世紀90年代未成為人們的關注的焦點,比如,組裝實用化困難的400針以上的QFP封由組裝容易的端子間距為1.0-1.5mm的PBGA和TBGA代替,實現了這類器件的成組再流。特別是在芯片和封裝基板的連接上采用了倒裝片連接技術,使數千針的PCBA在超級計算機、工作站中得到應用,叫做FCBGA,正在開始實用化。第三代表面組裝技術直接芯片板級組裝,但是由于受可靠性、成本和KGD等制約,僅在特殊領域應用,IC封裝的進一步發展,99年底初露頭角的晶片封裝(WLP)面陣列凸起型FC,到2014年期待成為對應半導體器件多針化和高性能化要求的第三代表面組裝封裝。

IC封裝一直落后于IC芯片本身固有的能力。我們希望裸芯片和封裝的芯片之間的性能縫隙減小,這就促進了新的設計和新的封裝技術的發展。在新的封裝設計中,多芯片封裝(CSP)包含了一個以上的芯片,相互堆積在彼此的頂部,通過線焊和倒裝片設計(在倒裝片上線焊,在線焊上倒裝片,或在線焊上線焊)實現芯片間的互連,進一步減少了器件重量和所占空間)。

由于尺寸和成本優勢,晶片級CSP(Wafer-levelcap)將被進一步開發,這種技術是在晶片切割成小方塊(芯片)之前,就在芯片上形成第一級互連和封裝I/O端子,這不但縮短了制造周期,其I/O端子分為面陣列型和周邊型(依據I/O端子的分布)兩種類型;前者,EIAJ的端子間距0.8mm以下,外型尺寸為4mm-21mm的超小型封裝作為標準,主要適用于邏輯和存貯器件,后者是SON和QFN等帶周邊端子的無引線小型化封袋,主要適用于存貯器和低檔邏輯器件。自從90年代初CSP問世以來,提出了各種各樣的結構形式,現在以面陣列型的FBGA是主流,第一代FBGA是塑料類型的面朝下型,第二代FBGA是載帶類型的面朝下型,都采用了引線框架塑模塊、封裝,而新一代的FBGA是以晶體作載體進行傳送,切割(劃線)的最終組裝工藝,即WLP方式,取代了以前封裝采用的連接技術(線焊、TAB和倒裝片焊),而是在劃線分割前,采用半導體前工序的布線技術,使芯片襯墊與外部端子相連接,其后的焊料球連接和電氣測試等都在晶片狀態下完成,最后才迫行劃線分割。顯然用WLP方式制作的是實際芯片尺寸的FBGA,外形上與FC無區別。

總之,PBGA、TBGA、FBGA、(CSP)和FC是當今IC封裝的發展潮流。在21世紀的前15年,第三代表面組裝封裝將會迅速發展,圍繞高密度組裝,封裝結構的多樣化將是21世紀初IC封裝最顯著的特點。LSI芯片的疊層封裝、環形封裝:還有,將出現新的3D封裝,光一電子學互連,光表面組裝技術也會蓬勃發展。系統級芯片(SOC)和MCM的系統級封裝(MCM/SIP),隨著設計工具的改善,布線密度的提高,新基板材料的采用,以及經濟的KGD供給的普及,將進一步得到開發和進入實用階段。

 

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