1 半導(dǎo)體器件封裝概述

電子產(chǎn)品是由半導(dǎo)體器件(集成電路和分立器件)、印刷線路板、導(dǎo)線、整機(jī)框架、外殼及顯示等部分組成，其中集成電路是用來(lái)處理和控制信號(hào)，分立器件通常是信號(hào)放大，印刷線路板和導(dǎo)線是用來(lái)連接信號(hào)，整機(jī)框架外殼是起支撐和保護(hù)作用，顯示部分是作為與人溝通的接口。所以說(shuō)半導(dǎo)體器件是電子產(chǎn)品的主要和重要組成部分，在電子工業(yè)有“工業(yè)之米"的美稱。

我國(guó)在上世紀(jì)60年代自行研制和生產(chǎn)了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其占用面積大約為100 m2以上，現(xiàn)在的便攜式計(jì)算機(jī)只有書(shū)包大小，而將來(lái)的計(jì)算機(jī)可能只與鋼筆一樣大小或更小。計(jì)算機(jī)體積的這種迅速縮小而其功能越來(lái)越強(qiáng)大就是半導(dǎo)體科技發(fā)展的一個(gè)很好的佐證，其功勞主要?dú)w結(jié)于：(1)半導(dǎo)體芯片集成度的大幅度提高和晶圓制造(Wafer fabrication)中光刻精度的提高，使得芯片的功能日益強(qiáng)大而尺寸反而更小;(2)半導(dǎo)體封裝技術(shù)的提高從而大大地提高了印刷線路板上集成電路的密集度，使得電子產(chǎn)品的體積大幅度地降低。

半導(dǎo)體組裝技術(shù)(Assembly technology)的提高主要體現(xiàn)在它的封裝型式(Package)不斷發(fā)展。通常所指的組裝(Assembly)可定義為：利用膜技術(shù)及微細(xì)連接技術(shù)將半導(dǎo)體芯片(Chip)和框架(Leadframe)或基板(Sulbstrate)或塑料薄片(Film)或印刷線路板中的導(dǎo)體部分連接以便引出接線引腳，并通過(guò)可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。它具有電路連接，物理支撐和保護(hù)，外場(chǎng)屏蔽，應(yīng)力緩沖，散熱，尺寸過(guò)度和標(biāo)準(zhǔn)化的作用。從三極管時(shí)代的插入式封裝以及20世紀(jì)80年代的表面貼裝式封裝，發(fā)展到現(xiàn)在的模塊封裝，系統(tǒng)封裝等等，前人已經(jīng)研究出很多封裝形式，每一種新封裝形式都有可能要用到新材料，新工藝或新設(shè)備。

驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體封裝形式不斷發(fā)展的動(dòng)力是其價(jià)格和性能。電子市場(chǎng)的最終客戶可分為3類(lèi)：家庭用戶、工業(yè)用戶和國(guó)家用戶。家庭用戶最大的特點(diǎn)是價(jià)格便宜而性能要求不高;國(guó)家用戶要求高性能而價(jià)格通常是普通用戶的幾十倍甚至幾千倍，主要用在軍事和航天等方面;工業(yè)用戶通常是價(jià)格和性能都介于以上兩者之間。低價(jià)格要求在原有的基礎(chǔ)上降低成本，這樣材料用得越少越好，一次性產(chǎn)出越大越好。高性能要求產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，能耐高低溫及高濕度等惡劣環(huán)境。半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家時(shí)時(shí)刻刻都想方設(shè)法降低成本和提高性能，當(dāng)然也有其它的因素如環(huán)保要求和專(zhuān)利問(wèn)題迫使他們改變封裝型式。

2 封裝的作用

封裝(Package)對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的，也是至關(guān)重要的。封裝也可以說(shuō)是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有：

(1)物理保護(hù)。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，保護(hù)芯片表面以及連接引線等，使相當(dāng)柔嫩的芯片在電氣或熱物理等方面免受外力損害及外部環(huán)境的影響;同時(shí)通過(guò)封裝使芯片的熱膨脹系數(shù)與框架或基板的熱膨脹系數(shù)相匹配，這樣就能緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力以及由于芯片發(fā)熱而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而可防止芯片損壞失效。基于散熱的要求，封裝越薄越好，當(dāng)芯片功耗大于2W時(shí)，在封裝上需要增加散熱片或熱沉片，以增強(qiáng)其散熱冷卻功能;5～1OW時(shí)必須采取強(qiáng)制冷卻手段。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。

(2)電氣連接。封裝的尺寸調(diào)整(間距變換)功能可由芯片的極細(xì)引線間距，調(diào)整到實(shí)裝基板的尺寸間距，從而便于實(shí)裝操作。例如從以亞微米(目前已達(dá)到0.1 3μm以下)為特征尺寸的芯片，到以10μm為單位的芯片焊點(diǎn)，再到以100μm為單位的外部引腳，最后劍以毫米為單位的印刷電路板，都是通過(guò)封裝米實(shí)現(xiàn)的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的變換作用，從而可使操作費(fèi)用及材料費(fèi)用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特別是通過(guò)實(shí)現(xiàn)布線長(zhǎng)度和阻抗配比盡可能地降低連接電阻，寄生電容和電感來(lái)保證正確的信號(hào)波形和傳輸速度。

(3)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化。規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數(shù)量、間距、長(zhǎng)度等有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既便于加工，又便于與印刷電路板相配合，相關(guān)的生產(chǎn)線及生產(chǎn)設(shè)備都具有通用性。這對(duì)于封裝用戶、電路板廠家、半導(dǎo)體廠家都很方便，而且便于標(biāo)準(zhǔn)化。相比之下，裸芯片實(shí)裝及倒裝目前尚不具備這方面的優(yōu)勢(shì)。由于組裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的印刷電路板(PCB)的設(shè)計(jì)和制造，對(duì)于很多集成電路產(chǎn)品而言，組裝技術(shù)都是非常關(guān)鍵的一環(huán)。

3 封裝的分類(lèi)

半導(dǎo)體(包括集成電路和分立器件)其芯片的封裝已經(jīng)歷了好幾代的變遷，從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到MCP再到SIP，技術(shù)指標(biāo)一代比一代先進(jìn)，包括芯片面積與封裝面積之比越來(lái)越接近于1，適用頻率越來(lái)越高，耐溫性能越來(lái)越好，引腳數(shù)增多，引腳間距減小，重量減小，可靠性提高，使用更加方便等等。封裝(Package)可謂種類(lèi)繁多，而且每一種封裝都有其獨(dú)特的地方，即它的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，當(dāng)然其所用的封裝材料、封裝設(shè)備、封裝技術(shù)根據(jù)其需要而有所不同。

(1)將各種不同工藝、不同功能的芯片集成在一個(gè)封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的系統(tǒng)功能;

(2)將過(guò)去PCB版上的分立元件集成在多層集成結(jié)構(gòu)中，使系統(tǒng)小型化，達(dá)到所謂的Convergent System 。