1 半導體器件封裝概述

電子產品是由半導體器件(集成電路和分立器件)、印刷線路板、導線、整機框架、外殼及顯示等部分組成，其中集成電路是用來處理和控制信號，分立器件通常是信號放大，印刷線路板和導線是用來連接信號，整機框架外殼是起支撐和保護作用，顯示部分是作為與人溝通的接口。所以說半導體器件是電子產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。

我國在上世紀60年代自行研制和生產了第一臺計算機，其占用面積大約為100 m2以上，現在的便攜式計算機只有書包大小，而將來的計算機可能只與鋼筆一樣大小或更小。計算機體積的這種迅速縮小而其功能越來越強大就是半導體科技發(fā)展的一個很好的佐證，其功勞主要歸結于：(1)半導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大而尺寸反而更小;(2)半導體封裝技術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，使得電子產品的體積大幅度地降低。

半導體組裝技術(Assembly technology)的提高主要體現在它的封裝型式(Package)不斷發(fā)展。通常所指的組裝(Assembly)可定義為：利用膜技術及微細連接技術將半導體芯片(Chip)和框架(Leadframe)或基板(Sulbstrate)或塑料薄片(Film)或印刷線路板中的導體部分連接以便引出接線引腳，并通過可塑性絕緣介質灌封固定，構成整體立體結構的工藝技術。它具有電路連接，物理支撐和保護，外場屏蔽，應力緩沖，散熱，尺寸過度和標準化的作用。從三極管時代的插入式封裝以及20世紀80年代的表面貼裝式封裝，發(fā)展到現在的模塊封裝，系統(tǒng)封裝等等，前人已經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，新工藝或新設備。

驅動半導體封裝形式不斷發(fā)展的動力是其價格和性能。電子市場的最終客戶可分為3類：家庭用戶、工業(yè)用戶和國家用戶。家庭用戶最大的特點是價格便宜而性能要求不高;國家用戶要求高性能而價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)用戶通常是價格和性能都介于以上兩者之間。低價格要求在原有的基礎上降低成本，這樣材料用得越少越好，一次性產出越大越好。高性能要求產品壽命長，能耐高低溫及高濕度等惡劣環(huán)境。半導體生產廠家時時刻刻都想方設法降低成本和提高性能，當然也有其它的因素如環(huán)保要求和專利問題迫使他們改變封裝型式。

2 封裝的作用

封裝(Package)對于芯片來說是必須的，也是至關重要的。封裝也可以說是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼，它不僅起著保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內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。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，保護芯片表面以及連接引線等，使相當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;同時通過封裝使芯片的熱膨脹系數與框架或基板的熱膨脹系數相匹配，這樣就能緩解由于熱等外部環(huán)境的變化而產生的應力以及由于芯片發(fā)熱而產生的應力，從而可防止芯片損壞失效。基于散熱的要求，封裝越薄越好，當芯片功耗大于2W時，在封裝上需要增加散熱片或熱沉片，以增強其散熱冷卻功能;5～1OW時必須采取強制冷卻手段。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運輸。

(2)電氣連接。封裝的尺寸調整(間距變換)功能可由芯片的極細引線間距，調整到實裝基板的尺寸間距，從而便于實裝操作。例如從以亞微米(目前已達到0.1 3μm以下)為特征尺寸的芯片，到以10μm為單位的芯片焊點，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，都是通過封裝米實現的。封裝在這里起著由小到大、由難到易、由復雜到簡單的變換作用，從而可使操作費用及材料費用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特別是通過實現布線長度和阻抗配比盡可能地降低連接電阻，寄生電容和電感來保證正確的信號波形和傳輸速度。

(3)標準規(guī)格化。規(guī)格通用功能是指封裝的尺寸、形狀、引腳數量、間距、長度等有標準規(guī)格，既便于加工，又便于與印刷電路板相配合，相關的生產線及生產設備都具有通用性。這對于封裝用戶、電路板廠家、半導體廠家都很方便，而且便于標準化。相比之下，裸芯片實裝及倒裝目前尚不具備這方面的優(yōu)勢。由于組裝技術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)的設計和制造，對于很多集成電路產品而言，組裝技術都是非常關鍵的一環(huán)。

3 封裝的分類

半導體(包括集成電路和分立器件)其芯片的封裝已經歷了好幾代的變遷，從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到MCP再到SIP，技術指標一代比一代先進，包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1，適用頻率越來越高，耐溫性能越來越好，引腳數增多，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)可謂種類繁多，而且每一種封裝都有其獨特的地方，即它的優(yōu)點和不足之處，當然其所用的封裝材料、封裝設備、封裝技術根據其需要而有所不同。

(1)將各種不同工藝、不同功能的芯片集成在一個封裝內實現強大的系統(tǒng)功能;

(2)將過去PCB版上的分立元件集成在多層集成結構中，使系統(tǒng)小型化，達到所謂的Convergent System 。