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1、21 世纪微电子技术的高速发展，随之带动的是一系列产业的发展。信息、能源、通讯各 类新兴产业的发展离不开微电子技术。而微电子封装技术是微电子技术中最关键和核心的技 术。微电子封装体(Package)和芯片Chip或die)通过封装工艺(Packaging)组合成一个微电 子器件Device),通常封装为芯片威管芯)提供电通路、散热通路、机械支撑、环境防护等， 所以微电子封装是微电器件的2 个基本组成部分之器件的许多可靠性性能都是由封装的性能 决定的3。致力于发展微电子封装技术的人们把目光投在以下4个方面：极低的成本。 薄、轻、便捷。极高的性能。各种不同的功能包括各类不同的半导体芯片11。1 微
2、电子封装技术的发展历程微电子封装技术的发展经历了3个阶段：第一阶段是20世纪70年代中期，由双直列封装技术(DIP)为代表的针脚插入型转变为四 边引线扁平封装型(QPF),与DIP相比,QFP的封装尺寸大大减小，具有操作方便、可靠性高、 适用于SMT表面安装技术在PCB上安装布线，由于封装外形尺寸小，寄生参数减小，特别适 合高频应用 2。第二阶段是20世纪90年代中期，以球栅阵列端子BGA型封装为标志，随后又出现了各 种封装体积更小的芯片尺寸封装(CSP)。与QPF相比,BGA引线短，散热好、电噪小且其封装 面积更小、引脚数量更多、适合大规模生产。第三阶段是本世纪初，由于多芯片系统封装SIP出
3、现，将封装引入了一个全新的时代。2 微电子封装的主流技术目前的主流技术集中在BGA、CSP以及小节距的QPF等封装技术上，并向埋置型三维封装、 有源基板型三维封装、叠层型三维封装即三维封装和系统封装的方向发展。2.1BGACSP 封装球栅阵列封装BGA在GPU、主板芯片组等大规模集成电路封装有广泛应用。它的I/O引 线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大,引线长度短，这样BGA消除了 精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题4。BGA技术包括很多种类如陶瓷封 装BGA(CBGA)、塑料封装BGA仰6八)以及从丨O飞八86八)。86八具有下述优点： I/O引线间距大(如1
4、.0mm,1.27mm),可容纳的I/O数目大，如1.27mm间距的BGA在25mm 边长的面积上可容纳350个I/O,而0.5mm间距的QFP在40mm边长的面积上只容纳304个I/O。 封装可靠性高，不会损坏引脚，焊点缺陷率低，焊点牢固气 管脚水平面同一性较QFP容易保证，因为焊锡球在溶化以后可以自动补偿芯片与PCB 之间的平面误差,而且其引脚牢固运转方便。为了追求对电路组件更小型化、更多功能、更高可靠性的要求， CSP 作为 BGA 同时代的 产品应运而生。CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了，更薄了，这样在 相同封装尺寸时可有更多的丨/0数，使组装密度进步提高，可以
5、说CSP是缩小了的BGA。美 国JEDEC给出的CSP定义为：LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%。但是近几年 来封装界的权威人士均把CSP定义为焊球节距小于1mm的封装,而大于1mm的就看做是BGA。CSP除了具有BGA的优点以外，其更精细的封装还有很多独特的优点，其特殊的代表是 WLCSP。通常,CSP都是将圆片切割成单个芯片后再实施后道封装的，而WLCSP则不同，它的全 部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的，最后将圆片直接切割成分离的独 立器件。所以这种封装也称作圆片级封装（WLP）。这样，它还具有独特的优点： 封装加工效率高，可以多个圆片同时加工。 具有倒装
6、芯片封装的优点，即轻、薄、短、小。 与前工序相比，只是增加了引脚重新布线和凸点制作2个工序，其余全部是传统工艺。 减少了传统封装中的多次测试。因此世界上各大型封装公司纷纷投人这类WLCSP的研 究、开发和生产。WLCSP的不足是目前引脚数较低，还没有标准化和成本较高6。2.23D 封装SIP有多种定义和解释，其中一说是多芯片堆叠的3D封装内系统集成，在芯片的正方向 堆叠2片以上互连的裸芯片的封装oSIP是强调封装内包含了某种系统的功能封装,3D封装仅 强调在芯片方向上的多芯片堆叠，如今3D封装已从芯片堆叠发展到封装堆叠，扩大了 3D封装 的内涵7。3D封装的形式有很多种，主要可分为填埋型、有源
7、基板型和叠层型等3类。填埋型三维 立体封装出现上世纪80年代，它是将元器件填埋在基板多层布线内或填埋、制作在基板内部， 它不但能灵活方便地制作成填埋型，而且还可以作为1C芯片后布线互连技术，使填埋的压焊 点与多层布线互连起来。这就可以大大减少焊接点,提高电子部件封装的可靠性。有源基板型 是用硅圆片集技术，做基板时先采用一般半导体1C,制作方法作一次元器件集成化，形成有源 基板，然后再实施多层布线，顶层再安装各种其他1C芯片或元器件，实现3D封装。叠层型三 维立体封装是将LSI、VLSU2D-MCM,甚至WSI或者已封装的器件，无间隙的层层叠装互连而成。 这类叠层型是应用最为广泛的种，其工艺技术
8、不但应用了许多成熟的组装互连技术，还发 展了垂直互连技术，使叠层型封装成为发展势头最迅猛发展速度最快的3D封装。但有源基板 型 3D 封装却是人们一直力求实现的封装。伴随着手机的大量使用，手机的功能越来越强大，既要实现轻、薄、小又要功能强大， 这其中离不开的就是叠层型的3D封装。目前有许多种基于堆叠方法的3D封装，主要包括： 硅片与硅片的堆叠W2W）、芯片与硅片的堆叠D2W）以及芯片与芯片的堆叠D2D）。归纳起来其 主要堆叠方式可以通过2种方法实现：封装内的裸片堆叠和封装堆叠，封装堆叠又可分为封装 内的封装堆叠和封装间的封装堆叠。裸片堆叠的封装主要有2种，一是MCP,二是SC-SPo MCP涵
9、盖SCSP,SCSP是MCP的延伸。SCSP的芯片尺寸比MCP有更严格的规定，通常MCP是多个存储器芯片的堆叠，而SCSP是多 个存储器和逻辑器件芯片的堆叠。裸片堆叠的关键技术是： 圆片的减薄技术，目前一般综合采用研磨、深反应离子刻蚀法和化学机械拋光法等工 艺，通常减薄到小于50F,为确保电路的性能和芯片的可靠性，业内人士认为晶圆减薄的极 限为20 m左右。 低弧度键合技术。因为芯片厚度小于150F，所以键合弧度必须小于这个值。目前采用 的25m金丝的正常键合弧高为125m,而用反向引线键合优化工艺可以达到75m以下的弧高。 与此同时，反向引线键合工艺增加_个打弯工艺以保证不同键合层的间隙。封
10、装堆叠又称封装内的封装堆叠，它有2种形式：一是PIP。PIP是一种在BAP（基础装 配封装）上部堆叠经过完全测试的内部堆叠模块，以形成单CSP解决方案的3D封装。二是POP。 它是一种板安装过程中的3D封装，在其内部，经过完整测试的封装如单芯片FBGA（窄节距网 格焊球阵列）或堆叠芯片FBGA被堆叠到另外一片单芯片FBGA典型的存储器芯片）或堆叠芯片 FBGA典型的基带或模拟芯片）的上部。封装堆叠的优点是： 能堆叠来自不同供应商的混合集成电路技术的芯片,允许在堆叠之前进行预烧和检测。 封装堆叠包括翻转一个已经检测过的封装，并堆叠到一个基底封装上面，后续的互连 可以采用线焊工艺。2.3SIP系统
11、封装系统级封装（systeminpackage,SIP）是指将不同种类的元件，通过不同种技术，混载于同 封装体内，由此构成系统集成封装形式。我们经常混淆2个概念系统封装SIP和系统级芯片 SOC。迄今为止，在1C芯片领域,SOC系统级芯片是最高级的芯片;在1C封装领域,SIP系统级 封装是最高级的封装。SIP涵盖SOC,SOC简化SIPSOC，与SIP是极为相似的，两者均希望将 个包含逻辑组件、内存组件，甚至包含被动组件的系统，整合在_个单位中。然而就发展的方 向来说，两者却是大大的不同：SOC是站在设计的角度出发，目的在于将一个系统所需的组件 整合到一块芯片上，而SIP则是由封装的立场出发,
12、将不同功能的芯片整合于一个电子构造体 中。SIP系统级封装不仅是1种封装，它代表的是1种先进的系统化设计的思想，它是研究 人员创意的平台，它所涉及到芯片、系统、材料、封装等诸多层面问题,涵盖十分广泛，是_ 个较宽泛的指称，所以从不同角度研究和理解SIP的内涵是十分必要的，这里列举了当前的 一部分SIP技术的内涵概念：SIP通过各功能芯片的裸管芯及分立元器件在同一衬底的集成，实现整个系统功能， 是一种可实现系统级芯片集成的半导体技术。当 SOC 的特征尺寸更小以后，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大, 有一种可选择的解决方案是将多个不同的裸芯片封装成一体，从而产生了系统级封装(SIP
13、)。 SIP为一个封装内集成了各种完成系统功能的电路芯片，是缩小芯片线宽之外的另一 种提高集成度的方法,而与之相比可大大降低成本和节省时间。SIP 的技术要素是封装载体和组装工艺，它与传统封装结构不同之处是与系统集成有关 的 2 个步骤:系统模块的划分与设计,实现系统组合的载体。传统封装中的载体卸基板)只能起 互连作用，而SIP的载体包括电路单元，属于系统的组成部分。模块的划分指从电子设备中分离出块功能模块，既利于后续整机集成又便于SIP封装。 以蓝牙模块为例，其核心是一块基带处理器，它的一端与系统CPU接口，另一端与物理层硬件 接口綢制解调、发送与接收、天线等)10。组合的载体包括高密度多层
14、封装基板和多层薄膜技术等先进技术。而在芯片组装方面， 板上芯片COB)和片上芯片(COC)是目前的主流技术oCOB是针对器件与有机基板或陶瓷基板间 的互连技术。现有的技术包括引线键合和倒装芯片。COC是种在单封装体中堆叠多芯片的结 构，即叠层芯片封装技术。SIP技术现在广泛应用于3个方面：是在RF/无线电方面。例如全部功能的单芯片或多 芯片SIP将RF基带功能线路及快闪式存储器芯片都封装在一个模块内。二是在传感器方面。 以硅为基础的传感器技术发展迅速，应用范围广泛。三是在网络和计算机技术方面。3 微电子封装技术未来发展面临的问题与挑战毫无疑问,3D封装和SIP系统封装是当前以至于以后很长段时间
15、内微电子封装技术的发 展方向。微晶片的减薄化是SIP增长面对的重要技术挑战。现在用于生产200mm和300mm微晶片 的焊接设备可处理厚度为50F的晶片，因此允许更密集地堆叠芯片。如果更薄，对于自动设 备来说将产生问题：晶片变得过于脆弱，因此更加易碎。此外,从微晶片到微晶片的电子“穿 孔”效应将损毁芯片的性能 9。 但是我们应该看到 SIP 巨大的市场前 景,AlliedBusinessIntelligence统计，仅RF蜂窝市场的销售额就从2003年的18亿美元飆 升至2007年的27.5亿美元。由堆叠BGA封装以及有源和无源组件构成的近十亿SIP于2003 年上市，包括功率放大器、天线转换
16、开关、发送器和前端模块。而近几年来SIP大发展更是 迅速，德国银行、瑞士信贷第一波士顿和美国著名的研究组织“商业情报联盟”的联合调研 表明,RF、数字、蓝牙、电源和汽车应用等市场已经被SIP技术占领110。在我国SIP技术 也有很好的发展，如江苏长电科技股份有限公司开发的整体U盘的SIP封装技术,SIP系统级 封装的U盘是一个USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品,与传统U盘相比， 有着轻薄短小、容量大且可靠性高的特点13。未来，我们也将看到更多SIP技术的产品出现 在我们周围。4结语无论是3D封装技术，还是系统级的封装技术SIP，都是基于更小体积、更多功能、更好 稳定性的前提下发展而来的。特别是SIP不仅提出了系统级封装的概念，更是一种创意的封 装思想，开拓了一种低成本系统集成的可行思路与方法，引出了许多的创意火
