集成電路基板 - IC晶片封裝科技的發展歷程

集成電路晶片需要封裝，因為晶片必須與外界隔離，以防止空氣中的灰塵和雜質腐蝕晶片電路

導致電力效能下降甚至電力功能故障。 封裝也可以說是指用於安裝半導體積體電路晶片的外殼。 它不僅起著放置、固定、密封、保護晶片和增强導熱性的作用，“它也是晶片內部世界和片上外部電路之間的橋樑。

鍵合點通過導線連接到封裝外殼的引脚，這些引脚通過印刷電路板上的導線連接到其他設備。 此外，封裝的尺寸、形狀、引脚數量、間距和長度都有標準規範。 它不僅便於集成電路的封裝和加工，而且便於集成電路和印刷電路板的集成，相關的生產線和生產設備是通用的。 這對於封裝用戶、電路板製造商和電晶體製造商來說非常方便，並且易於標準化。

一般來說，集成電路封裝有三個主要功能：1.物理保護； 2.電力連接； 3.標準化。

囙此，包裝應具有很强的機械效能、散熱效能和化學穩定性； 良好的電力效能； 集成電路封裝隨著集成電路的發展而不斷進步。 隨著軍工、航太、航空、機械等各行業的不斷發展，整機也在向多功能、小型化方向發展，這就要求集成電路的集成。 越來越高，功能越來越複雜，相應地需要越來越大的集成電路封裝密度，越來越高的適用頻率，越來越好的耐溫性，越來越多的引線，越來越大體積。重量越小，重量越輕。

IC晶片封裝的歷史從20世紀60年代到70年代：雙列直插式（DIP）封裝隨著IC的出現，整機的生產主要以分立器件為主，IC為輔。 此時，技術需求只是尋求更穩定的工作。因為一方面，IC晶片的製造還處於起步階段，集成度很低； 另一方面，從電子管到電晶體，整機本身的體積大大减小，囙此對IC封裝沒有更多的要求。 囙此，在這個階段，使用以雙列直插式（DIP）為代表的最容易實現的封裝，輔以單列直插式（SIP）和引脚栅格陣列（PGA）封裝，滿足電路板（PCB）波峰焊組裝要求。 此時，引線間距約為2.54mm。

20世紀80年代：帶引線晶片載體的塑膠封裝（PLCC）、四方扁平封裝（QFP）緊湊封裝隨著1978年表面貼裝科技（SMT）的引入，整機的尺寸减小，電路板的面積也减小了。 SMT科技順應了發展趨勢，回流焊取代了波峰焊，進一步提高了PCB的良率，也對IC封裝提出了新的要求。 IC晶片製造技術的發展符合其要求。 IC封裝開發了一種引線間距為1.27mm的塑膠封裝引線晶片載體（PLCC）和引線間距為0.8-1.0mm的四方扁平封裝（QFP）。 緊湊型封裝形式，輔以小型雙列直插式（S-DIP）、引脚間距1.778mm、小型封裝（SOP）、引脚間隔1.778mm和載帶自動焊接封裝（TAP）等封裝。 形式正在變得多樣化。 然而，只有一個目標，即减少面積，以順應電子產品小型化、薄型化和裝配自動化的趨勢。

20世紀90年代初和中期：窄間距小外形封裝（SSOP）、窄間距四邊形扁平封裝（SQFP）、球栅陣列（BGA）封裝隨著電腦技術的快速發展，以個人電腦（PC）為代表的電腦行業經歷了從386到486再到586的快速發展。 每一代，IC集成度和支持其發展的速度都跨越了一步。 一方面，電腦擴展到高端工作站和超級電腦； 另一方面，特別是微軟推出了劃時代的Windows作業系統，使電腦從專家到平民，從企業到家庭，從而給電腦行業帶來了質和量的重大變化。 現時，原有的PLCC、QFP和SOP已無法滿足其發展需求。 在PCB SMT中，引入了更小更薄的封裝。 窄間距小外形封裝（SSOP）與引脚間距一起使用。 0.65mm，窄間距四邊引線扁平封裝（SQFP），引脚間距為0.65mm作為代表性封裝形式； 特別是，提出了帶內引線的球栅陣列（BGA）的封裝形式，典型的BGA是有機排列的。底部取代了傳統封裝中的引線框架，大大新增了IC的引出引脚，使得在BGA中實現困難的SMT的原始400引脚QFP形式變得容易，從而可以在實踐中應用IC晶片的高集成度功能。

20世紀90年代中後期隨著IT行業的興起、無線通訊的繁榮和多媒體的出現，全球範圍內的信息量急劇增加。 資訊和數據的交換和傳輸實現了大容量、高速和數位化，促進了高性能和高性能電子資訊設備的發展。 集成化和高可靠性的快速發展使電子資訊產業迅速發展； 支撐其發展的關鍵技術是IC組裝科技，包括IC封裝和PCB SMT科技。 IC封裝是電子資訊設備的單元。 近年來，它進入了快速發展時期，新的包裝形式不斷出現並得到應用。 IC封裝不僅是IC晶片的功能表現，也是對晶片的保護； 同時，它還以一定的成本滿足了不斷增長的效能、可靠性、散熱和配電需求，包括以下要求：1）晶片速度和處理能力的提高需要更多的引脚、更快的時鐘頻率和更好的配電。 2）需要更多的功能、更低的功耗和更小的尺寸。 3）使組裝好的電子產品更薄、更輕、更小。 4）更符合環保要求。 5）價格更便宜。

IC封裝發展趨勢

包裝科技對包裝材料的發展有著巨大的推動作用。 反過來，包裝材料的發展將進一步推動包裝科技的發展。 兩者相互促進、相互制約。 近年來，包裝材料呈現出快速增長的趨勢。 2003年，全球包裝材料總銷售額達到79億美元，其中剛性包裝基板20億美元，延展性聚醯亞胺（PI）基板和帶式自動鍵合（TAB）基板3.2億美元，引線框架26.2億美元。 其中，金屬引線12.8億美元，模塑膠12.5億美元，貼片膠2.4億美元，聚醯亞胺樹脂9000萬美元。

液態環氧封裝資料7000萬美元，液態底充4000萬美元，微焊球6000萬美元。 2008年，全球包裝材料銷售額達到120億美元，年增長率為20%。

逐一闡述了與集成電路封裝關係最密切、同時也是最關鍵的幾種集成電路封裝資料的現狀和發展趨勢。

環氧模塑膠（EMC）EMC因其成本低、工藝簡單、適合大規模生產而在集成電路封裝資料領域處於領先地位。 現時，全球97%的集成電路封裝使用EMC。 隨著集成電路和封裝技術的快速發展，EMC越來越顯示出其基礎性和支撐性作用。

環氧塑膠密封劑的科技發展呈現出以下趨勢：

1.為了滿足VLSI向高密度和高I/O數方向發展的需要，它正朝著適應高密度和高I/O數的封裝形式（如BGA）發展。） 方向發展；

2.為適應以手機、筆記型電腦、平板顯示器等為代表的可擕式電子產品快速增長的需求，適應小型化、薄型化、不對稱化、低成本封裝（CSP/QFN）方向發展；

3.為了滿足無鉛焊料和綠色環保的要求，向高耐熱、無溴阻燃方向快速發展。

高密度多層封裝基板高密度多層包裝基板主要用作電晶體晶片和傳統印刷電路板（PCB）之間的電力過渡，同時為晶片提供保護、支撐和散熱。 封裝基板在基於BGA和CSP的先進封裝器件的製造成本中占很大比例，分別可達40%-50%和70%-80%。

液態環氧封裝資料是微電子封裝技術第三次革命性變革的代表性封裝資料。 它是BGA和CSP所需的關鍵封裝資料之一，主要包括FC-BGA/CSP的液態環氧底層填料（underfill）和液態環氧晶片封裝資料（Encapsulants）2類。

聚合物光敏樹脂聚合物光敏樹脂主要包括三種類型：聚醯亞胺光敏樹脂（PSPI）、BCB光敏樹脂和環氧光敏樹脂。 它們主要用於BGA和CSP晶片表面焊球陣列的制球工藝和多層堆積（BUM）。 封裝基礎外延訊號線的層間絕緣是BGA/CSP的關鍵封裝資料。

導電/導熱膠高性能導電/導熱膠粘劑主要包括導電膠、導熱膠等，主要用於將IC晶片粘貼在引線框架或基板上。 現時市場上最常見的導電膠和導熱膠主要是環氧樹脂或聚氨酯酯，有機矽樹脂等是基體樹脂，填充片狀導電銀粉（或氧化鋁、氮化矽等），然後加入固化劑、促進劑、表面活性劑、偶聯劑等，以達到所需的綜合效能。 同時，為了滿足電子產品的高耐熱性要求，聚醯亞胺也可以用作基體樹脂。 環氧導電膠可分為兩類：各向同性導電膠和各向異性導電膠。 根據組成，環氧導電膠分為單組分和雙組分兩種形式。 現時，單一成分是主要形式。

封裝系統的靜電處理隨著微米、亞微米、深亞微米和納米級集成電路科技的發展，集成電路的內絕緣層越來越薄，其抗靜電效能越來越弱，產生和積累電荷的資料（如塑膠、橡膠等）的大規模使用以及使用過程中靜電防護不足，導致靜電放電對集成電路的損害越來越嚴重。 囙此，製定相關的靜電防護措施勢在必行。 集成電路靜電保護需要結合晶片設計、晶圓加工和封裝等許多因素來考慮。 靜電放電與集成電路的效能、良率和可靠性有著不可分割的關係。 晶片一般由電源鉗比特ESD保護電路結構、電源匯流排ESD保護電路架構和電流分流等設計，採用半浮栅、鎮流器、襯底耦合等科技對電路進行改進，從而在靜電放電過程中對電路進行有效保護。 晶圓加工和集成電路封裝生產線的靜電保護措施相似。 靜電放電會損壞集成電路，造成破壞性、潜在性和緩慢的故障。 在封裝過程中被靜電完全擊穿和損壞的電路可以在生產或測試過程中被拒收； 但如果它們沒有被靜電放電完全損壞，電路將具有潜在的可靠性隱患。 即使使用複雜的儀器，也很難檢測到效能的變化。 然而，隨著電路的使用，靜電放電造成的累積損傷加深並變得嚴重。

導致電路故障。 囙此，有效的系統靜電防護對於保證集成電路封裝線生產製造的質量和可靠性具有重要意義。

集成電路的早期失效是影響電子產品和整機內部質量的主要因素。 早期失效的形式多種多樣，切屑表面的彈坑是一個關鍵因素。 眾所周知，集成電路封裝是通過壓焊將晶片和引線框架用電線連接起來，然後用塑膠封裝劑封裝，為集成電路晶片提供輸出和保護，避免人為或環境因素的損壞，從而確保集成電路的穩定性，可靠工作。 凹坑是指在集電電路封裝過程中，由於各種因素，晶片的鋁焊盤鋁層和下麵的矽化合物被破壞的現象。 隨著積體電路設計科技的快速發展，晶片的小型化和多功能化導致了晶片設計中多層佈線的出現，在鋁焊盤下具有器件和電路的產品數量正在新增。 與此同時，銅線科技和植球科技也出現了。 為了提高產品的可靠性，在客戶對封裝技術等高質量、低成本產品的要求下，防止IC焊口和早期故障變得越來越重要。

IC封裝展望

從科技角度來看，IC封裝已經從DIP發展到WLPCSP和SOC，實現了從表面到內層的功能轉換，從簡單到複雜的進步。 未來的封裝技術將與SMT和IC晶片製造相結合，這將給IC封裝帶來兩個極端。

1.對於複雜多功能的電子設備，由於需要實現多功能集成，封裝將變得更加複雜，科技集成將進一步加強。

2.由於SOC，系統的集成將使具有共同功能的電子設備的外部表現更簡單。 IC封裝仍將在一定程度上回歸。

從社會需求的角度來看，從簡單的收音機到個人電腦再到今天的複雜超級電腦，IT行業方興未艾，社會需求也將兩極分化：1。 用更强大、更複雜的公共IT傳輸電子設備，為資訊的高速傳輸搭建橋樑。 2.針對最終公眾需求的個人電子消費品，如PC、手機、電子辦公用品等，正朝著小型化和個性化的方向發展：社會的需求也將向多樣化和綠色化的方向延伸。

從以上規律可以看出，IC封裝一方面延伸到了更高的水准：高密度、高速、高可靠性、多樣化和環保是其發展趨勢和未來的主流。 另一方面，在開發過程中已經存在的一些封裝形式在一段時間內仍將存在：因為隨著集成度的提高和功能的增强，原來的整機可以變成單個晶片，比如開始的電晶體。 收音機已經發展成單片收音機，小到可以裝進耳朵裏。