集成電路封裝技術(shù)及其作用
集成電路封裝在電子學(xué)金字塔中的位置既是金字塔的尖頂又是金字塔的基座。說(shuō)它同時(shí)處在這兩種位置都有很充分的根據(jù)。從電子元器件(如晶體管)的密度這個(gè)角度上來(lái)說(shuō),IC代表了電子學(xué)的尖端。但是IC又是一個(gè)起始點(diǎn),是一種基本結(jié)構(gòu)單元,是組成我們生活中大多數(shù)電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同樣,IC不僅僅是單塊芯片或者基本電子結(jié)構(gòu),IC的種類千差萬(wàn)別(模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路、傳感器等),因而對(duì)于封裝的需求和要求也各不相同。本文對(duì)IC封裝技術(shù)做了全面的回顧,以粗線條的方式介紹了制造這些不可缺少的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)用到的各種材料和工藝。集成電路封裝還必須充分地適應(yīng)電子整機(jī)的需要和發(fā)展。由于各類電子設(shè)備、儀器儀表的功能不同,其總體結(jié)構(gòu)和組裝要求也往往不盡相同。因此,集成電路封裝必須多種多樣,才足以滿足各種整機(jī)的需要。
集成電路封裝是伴隨集成電路的發(fā)展而前進(jìn)的。隨著宇航、航空、機(jī)械、輕工、化工等各個(gè)行業(yè)的不斷發(fā)展,整機(jī)也向著多功能、小型化方向變化。這樣,就要求集成電路的集成度越來(lái)越高,功能越來(lái)越復(fù)雜。相應(yīng)地要求集成電路封裝密度越來(lái)越大,引線數(shù)越來(lái)越多,而體積越來(lái)越小,重量越來(lái)越輕,更新?lián)Q代越來(lái)越快,封裝結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性將直接影響集成電路的質(zhì)量。因此,對(duì)于集成電路的制造者和使用者,除了掌握各類集成電路的性能參數(shù)和識(shí)別引線排列外,還要對(duì)集成電路各種封裝的外形尺寸、公差配合、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和封裝材料等知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解。以便使集成電路制造者不因選用封裝不當(dāng)而降低集成電路性能;也使集成電路使用者在采用集成電路進(jìn)行征集設(shè)計(jì)和組裝時(shí),合理進(jìn)行平面布局、空間占用,做到選型恰當(dāng)、應(yīng)用合理。
集成電路封裝不僅起到集成電路芯片內(nèi)鍵合點(diǎn)與外部進(jìn)行電氣連接的作用,也為集成電路芯片提供了一個(gè)穩(wěn)定可靠的工作環(huán)境,對(duì)集成電路芯片起到機(jī)械或環(huán)境保護(hù)的作用,從而集成電路芯片能夠發(fā)揮正常的功能,并保證其具有高穩(wěn)定性和可靠性。總之,集成電路封裝質(zhì)量的好壞,對(duì)集成電路總體的性能優(yōu)劣關(guān)系很大。因此,封裝應(yīng)具有較強(qiáng)的機(jī)械性能、良好的電氣性能、散熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性。雖然IC的物理結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域、I/O數(shù)量差異很大,但是IC封裝的作用和功能卻差別不大,封裝的目的也相當(dāng)?shù)囊恢?。作為“芯片的保護(hù)者”,封裝起到了好幾個(gè)作用,歸納起來(lái)主要有兩個(gè)根本的功能:(1)保護(hù)芯片,使其免受物理?yè)p傷;(2)重新分布I/O,獲得更易于在裝配中處理的引腳節(jié)距。封裝還有其他一些次要的作用,比如提供一種更易于標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu),為芯片提供散熱通路,使芯片避免產(chǎn)生α粒子造成的軟錯(cuò)誤,以及提供一種更方便于測(cè)試和老化試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)。封裝還能用于多個(gè)IC的互連。可以使用引線鍵合技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)的互連技術(shù)來(lái)直接進(jìn)行互連。或者也可用封裝提供的互連通路,如混合封裝技術(shù)、多芯片組件(MCM)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)以及更廣泛的系統(tǒng)體積小型化和互連(VSMI)概念所包含的其他方法中使用的互連通路,來(lái)間接地進(jìn)行互連。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件和片上實(shí)驗(yàn)室(lab-on-chip)器件的不斷發(fā)展,封裝起到了更多的作用:如限制芯片與外界的接觸、滿足壓差的要求以及滿足化學(xué)和大氣環(huán)境的要求。人們還日益關(guān)注并積極投身于光電子封裝的研究,以滿足這一重要領(lǐng)域不斷發(fā)展的要求。最近幾年人們對(duì)IC封裝的重要性和不斷增加的功能的看法發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變,IC封裝已經(jīng)成為了和IC本身一樣重要的一個(gè)領(lǐng)域。這是因?yàn)樵诤芏嗲闆r下,IC的性能受到IC封裝的制約,因此,人們?cè)絹?lái)越注重發(fā)展IC封裝技術(shù)以迎接新的挑戰(zhàn)。