随着信息时代的到来,电子工业得到了迅猛发展,计算机、移动电话等产品的迅速普及,使得电子产业成为最引人注目和最具发展潜力的产业之一,电子产业的发展也带动了与之密切相关的电子封装业的发展,其重要性越来越突出。
电子封装已从早期的为芯片提供机械支撑、保护和电热连接功能,逐渐融人到芯片制造技术和系统集成技术之中。电子工业的发展离不开电子封装的发展,20世纪最后二十年,随着微电子、光电子工业的巨变,为封装技术的发展创造了许多机遇和挑战,各种先进的封装技术不断涌现,如bga、csp、fcip、wlp、mcm、sip等,市场份额不断增加,2000年已达208亿美元,电子封装技术已经成为20世纪发展最快、应用最广的技术之一。随着21世纪纳米电子时代的到来,电子封装技术必将面临着更加严峻的挑战,也孕育着更大的发展。
1 电子封装技术的发展阶段
电子封装技术的发展是伴随着器件的发展而发展起来的,一代器件需要一代封装,它的发展史应当是器件性能不断提高、系统不断小型化的历史,以集成电路所需的微电子封装为例,其大致可分为以下几个发展阶段:
第一个阶段为80年代之前的通孑l安装(thd)时代,通孔安装时代以to型封装和双列直插封装为代表,ic的功能数不高,弓td却数较小(小于64),板的装配密度的增加并不重要,封装可由工人用手插入pcb板的通孔中,引线节距固定,引线数的增加将意味着封装尺寸的增大,封装的最大安装密度是10脚/cm',随着新的封装形式的不断涌现,这类封装将加速萎缩,预计其市场份额将从2000年的15%降到2005年的7%。
第二阶段是80年代的表面安装器件时代,表面安装器件时代的代表是小外形封装(sop)和扁平封装(qfp),他们大大提高了管脚数和组装密度,是封装技术的一次革命,正是这类封装技术支撑着日本半导体工业的繁荣,当时的封装技术也由日本主宰,因此周边引线的节距为公制(1.0、0.8、0.65、0.5、0.4mm),并且确定了80%的收缩原则,这些封装的设计概念与dip不同,其封装体的尺寸固定而周边的引线节距根据需要而变化,这样也提高了生产率,最大引线数达到300,安装密度达到10-50脚/cm',此时也是金属引线塑料封装的黄金时代。
第三个阶段是90年代的焊球阵列封装(bga)/芯片尺寸封装(csp)时代,日本的半导体工业在80年代一直领先于美国,而90年代美国超过了日本,占据了封装技术的主导地位,他们加宽了引线节距并采用了底部安装引线的bga封装,bga的引线节距主要有1.5mm和1.27mm两种,引线节距的扩大极大地促进了安装技术的进步和生产效率的提高,bga封装的安装密度大约是40-60脚/cm2,随后日本将bga的概念用于csp,开发了引线节距更小的csp封装,其引线节距可小到1.0mm以下,csp封装进一步减少了产品的尺寸和重量,提高了产品的竞争力,随着csp在日本的大批量生产,bga时代也就慢慢地过渡到了bga/csp时代。
封装业界普遍预测21世纪的头十年将迎来微电子封装技术的第四个发展阶段3d叠层封装时代--其代表性的产品将是系统级封装(sip:systemin a package),它在封装观念上发生了革命性的变化,从原来的封装元件概念演变成封装系统,sip实际上就是一系统基的多芯片封装(systemmcp),它是将多个芯片和可能的无源元件集成在同一封装内,形成具有系统功能的模块,因而可以实现较高的性能密度、更高的集成度、更小的成本和更大的灵活性,与第一代封装相比,封装效率提高60-80%,使电子设备减小1000倍,性能提高10倍,成本降低90%,可靠性增加10倍。
2 电子封装技术的发展趋势
电子器件的小型化、高性能化、多功能化、低成本化等要求将继续推动着电子封装技术向着更高的性能发展,纵观近几年的电子封装产业,其发展趋势如下:
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