電子元件封裝技術(shù)發(fā)展史

早在20世紀(jì)90年代，電子產(chǎn)品就已朝著便攜性，小型化，網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向發(fā)展，所有這些都對電子組裝技術(shù)提出了相應(yīng)的要求：
?每單位體積的信息量改進，即高密度;
?每單位時間處理速度提高，即速度更快。

為了滿足上述要求，電路組件的功能密度必須是改進，這成為鼓勵電子元件封裝技術(shù)進一步發(fā)展的必要因素。

隨著封裝尺寸縮小，此后相互連接效率提高。連接效率是指芯片的最大尺寸與封裝尺寸之間的比率。在20世紀(jì)90年代初，PQFP（塑料四方扁平封裝）的連接效率最高可達0.3。然后，CSP（芯片級封裝）的連接比率高達0.8至0.9。到目前為止，最新一代封裝的連接比率高于COB（板上芯片），這相當(dāng)于FC（倒裝芯片）封裝。

將來，包裝技術(shù)將朝著以下趨勢發(fā)展：
?部分CSP將成為標(biāo)準(zhǔn)化和批量生產(chǎn);
?CSP工業(yè)將建立一些基礎(chǔ)工業(yè)，包括材料，裝配，測試和車載裝配等;
?FC封裝技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)工業(yè)將得到進一步發(fā)展;
?WLCSP（晶圓級芯片規(guī)模封裝）將與相應(yīng)的行業(yè)起飛。

引腳從外圍拉伸到陣列

數(shù)十年來，組件封裝技術(shù)不斷發(fā)展，與IC的進步兼容（集成電路） ）。任何一代IC都需要一定代封裝技術(shù)，SMT（表面貼裝技術(shù)）的進步將元件封裝技術(shù)推向了一個新的高度。在60年代或70年代應(yīng)用的中小型IC在很大程度上取決于TO（晶體管輪廓）封裝，然后開發(fā)出DIP（雙列直插式封裝）和PDIP（塑料雙列直插式），后來發(fā)揮領(lǐng)先作用在那段時間里的作用。

隨著20世紀(jì)80年代SMT的出現(xiàn)，IC封裝首選LCC（無鉛陶瓷載體），PLCC（塑料無鉛陶瓷載體）和SOP（小外形封裝），因為它們是更符合SMT要求短引線或無引線。然后，經(jīng)過數(shù)十年的研究和開發(fā)，QFP（四方扁平封裝）不僅得到了LSI封裝所擁有的封裝問題，而且在PCB（印刷電路板）上的SMT組裝也順利進行。上面提到的關(guān)于QFP的所有優(yōu)點使其在使用SMT的電子產(chǎn)品中占據(jù)突出地位，直到今天仍然如此。 QFP引線在四個側(cè)面上表現(xiàn)得像鷗翼，包含比SOP更多的I/O引腳，僅包括兩側(cè)的鷗翼引線。為了更加兼容電子組裝密度的進一步發(fā)展，QFP的引腳間距從1.27mm發(fā)展到0.3mm，進一步提高了I/O引腳數(shù)和封裝體積。結(jié)果，電子組裝產(chǎn)生了更多的困難，導(dǎo)致合格率降低和組裝成本提高。此外，由于元件引線框架制造精度的制造技術(shù)的限制，0.3mm已成為QFP引線間距的極限，這極大地阻止了組裝密度的上升。因此，可以預(yù)見到QFP的進展已經(jīng)結(jié)束。因此，人們開始尋找其他類型的包，例如BGA（球柵陣列）。 BGA封裝的I/O引腳以陣列形式作為球或列分布在封裝下。此外，BGA封裝具有大的引線間距和短引線，這有利于解決由細(xì)間距元件中的引線引起的共面性和翹曲問題。 BGA技術(shù)的優(yōu)勢在于其I/O引腳數(shù)和間距增加的能力，這進一步解決了QFP技術(shù)擁有的高I/O引腳數(shù)導(dǎo)致的高成本和低可靠性問題。

BGA的出現(xiàn)可以看作是封裝技術(shù)的突破，因為它不僅能夠包含更多的I/O引腳，而且可以設(shè)計成雙層或多層以符合IC的功能同樣。因此，它能夠優(yōu)化電阻器，將兩個或多個芯片放置在同一基板上進行互連，然后封裝在同一個外殼中，即MCM（多芯片模塊）。如果使用FC技術(shù)，則連接不需要金屬線的參與。因此，有利于提高IC運行速度，降低復(fù)雜度和功耗。

BGA的開發(fā)

BGA是表面陣列封裝類型適用于SMT。 20世紀(jì)60年代看到了BGA的研究，而其實用的應(yīng)用在1989年之后起飛。由于塑料包裝是由摩托羅拉和Citizen在1989年開發(fā)的，因此大大鼓勵了BGA的開發(fā)和應(yīng)用。 1991年，PBGA（塑料球柵陣列）采用樹脂基板開發(fā)，適用于無線電發(fā)射接收器和計算機。 1993年，PBGA開始在市場上曝光，為其務(wù)實的國家做好準(zhǔn)備。早在1995年，BGA封裝就開始被廣泛應(yīng)用。到目前為止，PBGA組件主要應(yīng)用于電信產(chǎn)品，遠程通信設(shè)備，計算機系統(tǒng)和工作站。

在BGA封裝的所有優(yōu)點中，關(guān)鍵在于其應(yīng)用焊球的陣列分布，使其在引腳之間具有大的間距，這極大地提高了組裝性能。因此，可以開發(fā)和應(yīng)用BGA封裝。然而，PBGA也存在一些問題。例如，塑料包裝往往會吸收濕氣;基板往往會翹曲;焊接后，所有類型的BGA元件都難以檢查和返工。所有提到的問題都使得BGA封裝在極端環(huán)境中應(yīng)用后面臨可靠性挑戰(zhàn)。但是，這些問題已在一定程度上得到解決。例如，CBGA（陶瓷球柵陣列）有助于防止?jié)穸任諉栴}; TBGA（帶式球柵陣列）也可以防止?jié)穸任諉栴}，并且被認(rèn)為是具有大量I/O引腳和高性能的低成本封裝?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了許多類型的BGA組件并且克服了技術(shù)問題，早在1998年就開始廣泛應(yīng)用BGA.QFP首先被選擇用于I/O引腳的應(yīng)用，其數(shù)量低于200而BGA首次被選中適用于數(shù)量超過200的I/O引腳的應(yīng)用。

BGA和FC的綁定

BGA封裝的綁定和FC技術(shù)具有以下優(yōu)勢：?I/O引腳數(shù)可以非常高（1,000到2,000），并且可以為許多I/O引腳調(diào)用高級MCM;
?可以減少寄生電參數(shù)和阻抗串?dāng)_可以減少5到10倍;
?金屬線焊接時間可以縮短。
?更高的散熱性能;
?尺寸更小。

CSP

雖然BGA的蓬勃發(fā)展成功解決了QFP必須面對的困難，但BGA封裝仍然不能完全滿足要求電子產(chǎn)品朝著小型化，多功能或更高可靠性的方向發(fā)展，不能進一步滿足提高封裝效率或達到固有傳輸速率的要求。結(jié)果，CSP進入了舞臺。

與BGA具有相同的結(jié)構(gòu)，CSP和BGA之間的區(qū)別在于其較小的焊球直徑，更細(xì)的間距和更薄，因此更多I/O引腳可在同一封裝區(qū)域內(nèi)使用，即組裝密度增加。換句話說，CSP是BGA的一個小版本。

到目前為止，最流行的CSP是WLCSP，具有以下優(yōu)點：?晶圓和WLCSP組件均可在同一生產(chǎn)線上生產(chǎn)，生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)實施可以優(yōu)化;?硅制造技術(shù)及更高版本包裝測試可以在同一個地方進行，自動化的晶圓制造水平得到提高;?可以降低測試成本和投資成本;?可以優(yōu)化物流工作。