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电子元件封装技术发展史

早在20世纪90年代,电子产品就已朝着便携性,小型化,网络化和多媒体方向发展,所有这些都对电子组装技术提出了相应的要求:
?每单位体积的信息量改进,即高密度;
?每单位时间处理速度提高,即速度更快。

为了满足上述要求,电路组件的功能密度必须是改进,这成为鼓励电子元件封装技术进一步发展的必要因素。

电子元件封装技术发展史

随着封装尺寸缩小,此后相互连接效率提高。连接效率是指芯片的最大尺寸与封装尺寸之间的比率。在20世纪90年代初,PQFP(塑料四方扁平封装)的连接效率最高可达0.3。然后,CSP(芯片级封装)的连接比率高达0.8至0.9。到目前为止,最新一代封装的连接比率高于COB(板上芯片),这相当于FC(倒装芯片)封装。

将来,包装技术将朝着以下趋势发展:
?部分CSP将成为标准化和批量生产;
?CSP工业将建立一些基础工业,包括材料,装配,测试和车载装配等;
?FC封装技术和相应的基础工业将得到进一步发展;
?WLCSP(晶圆级芯片规模封装)将与相应的行业起飞。

引脚从外围拉伸到阵列

数十年来,组件封装技术不断发展,与IC的进步兼容(集成电路) )。任何一代IC都需要一定代封装技术,SMT(表面贴装技术)的进步将元件封装技术推向了一个新的高度。在60年代或70年代应用的中小型IC在很大程度上取决于TO(晶体管轮廓)封装,然后开发出DIP(双列直插式封装)和PDIP(塑料双列直插式),后来发挥领先作用在那段时间里的作用。

BGA的出现可以看作是封装技术的突破,因为它不仅能够包含更多的I/O引脚,而且可以设计成双层或多层以符合IC的功能同样。因此,它能够优化电阻器,将两个或多个芯片放置在同一基板上进行互连,然后封装在同一个外壳中,即MCM(多芯片模块)。如果使用FC技术,则连接不需要金属线的参与。因此,有利于提高IC运行速度,降低复杂度和功耗。

BGA的开发

BGA是表面阵列封装类型适用于SMT。 20世纪60年代看到了BGA的研究,而其实用的应用在1989年之后起飞。由于塑料包装是由摩托罗拉和Citizen在1989年开发的,因此大大鼓励了BGA的开发和应用。 1991年,PBGA(塑料球栅阵列)采用树脂基板开发,适用于无线电发射接收器和计算机。 1993年,PBGA开始在市场上曝光,为其务实的国家做好准备。早在1995年,BGA封装就开始被广泛应用。到目前为止,PBGA组件主要应用于电信产品,远程通信设备,计算机系统和工作站。

在BGA封装的所有优点中,关键在于其应用焊球的阵列分布,使其在引脚之间具有大的间距,这极大地提高了组装性能。因此,可以开发和应用BGA封装。然而,PBGA也存在一些问题。例如,塑料包装往往会吸取湿气;基板往往会翘曲;焊接后,所有类型的BGA元件都难以检查和返工。所有提到的问题都使得BGA封装在极端环境中应用后面临可靠性挑战。但是,这些问题已在一定程度上得到解决。例如,CBGA(陶瓷球栅阵列)有助于防止湿度吸取问题; TBGA(带式球栅阵列)也可以防止湿度吸取问题,并且被认为是具有大量I/O引脚和高性能的低成本封装。现在已经开发了许多类型的BGA组件并且克服了技术问题,早在1998年就开始广泛应用BGA.QFP首先被选择用于I/O引脚的应用,其数量低于200而BGA首次被选中适用于数量超过200的I/O引脚的应用。

BGA和FC的绑定

BGA封装的绑定和FC技术具有以下优势:?I/O引脚数可以非常高(1,000到2,000),并且可以为许多I/O引脚调用高级MCM;
?可以减少寄生电参数和阻抗串扰可以减少5到10倍;
?金属线焊接时间可以缩短。
?更高的散热性能;
?尺寸更小。

CSP

虽然BGA的蓬勃发展成功解决了QFP必须面对的困难,但BGA封装仍然不能完全满足要求电子产品朝着小型化,多功能或更高可靠性的方向发展,不能进一步满足提高封装效率或达到固有传输速率的要求。结果,CSP进入了舞台。

与BGA具有相同的结构,CSP和BGA之间的区别在于其较小的焊球直径,更细的间距和更薄,因此更多I/O引脚可在同一封装区域内使用,即组装密度增加。换句话说,CSP是BGA的一个小版本。

到目前为止,最流行的CSP是WLCSP,具有以下优点:?晶圆和WLCSP组件均可在同一生产线上生产,生产计划和生产实施可以优化;?硅制造技术及更高版本包装测试可以在同一个地方进行,自动化的晶圆制造水平得到提高;?可以降低测试成本和投资成本;?可以优化物流工作。

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