先進(jìn)芯片封裝技術(shù).doc

先進(jìn)芯片封裝技術(shù) 摘要:集成電路封裝的目的在于保護(hù)芯片不收或少受外界的影響，并為之提供一個(gè)發(fā)揮集成電路芯片功能的良好工作環(huán)境，以使之穩(wěn)定可靠、正常的完成電路完成電路功能。但是集成電路芯片封裝只能限制而不能提高芯片的功能。這里就封裝技術(shù)BGA，倒裝芯片技術(shù)，晶圓級(jí)芯片技術(shù)，MCM封裝與三維封裝技術(shù)的產(chǎn)業(yè)背景，技術(shù)特點(diǎn)，和未來(lái)發(fā)展做點(diǎn)膚淺的討論。對(duì)封裝技術(shù)有更深層的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：集成電路、BGA、晶圓級(jí)芯片尺寸封裝、MCM、三維封裝。Abstract：IC package is intended to protect the chips do not accept or less affected by outside influence, and to provide a functional integrated circuit chip to play a good working environment, to make it stable and reliable, the normal function of the completion of the circuit to complete the circuit. However, IC chip package can not be restricted only to improve the function of the chip. Here on the packaging technology BGA, CSP, flip-chip technology, WLP technology, MCM packaging and three-dimensional packaging technology industry background and technical characteristics, and future development of superficial discussion points. Packaging technology for deeper understanding.Key words：IC, BGA, CSP, chip, WLP, MCM, three-dimensional package. 目錄第一章 緒論51.1芯片生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展51.2 發(fā)展方向10第二章 幾種先進(jìn)得封裝技術(shù)122.1 BGA技術(shù)122.2國(guó)內(nèi)外CPU發(fā)展趨勢(shì)152.3 MCM封裝技術(shù)222.4 3D封裝技術(shù)24第三章 倒裝芯片技術(shù)及應(yīng)用273.1倒裝芯片技術(shù)273.2倒裝芯片應(yīng)用313.3 EFLUX設(shè)備故障分析 447.1總結(jié)49致謝50參考文獻(xiàn)51前言電子產(chǎn)品及設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為多功能化、高速化、大容量化、高密度化、輕量化、小型化，為了達(dá)到這些需求，集成電路工藝技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，在封裝領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多先進(jìn)封裝技術(shù)與形式，表現(xiàn)在封裝外形的變化是元器件多腳化、薄型化、引腳微細(xì)化、引腳形狀多樣化和凸點(diǎn)連接倒裝芯片技術(shù)、多芯片三維封裝技術(shù)等，本文主要講述BGA、CSP、倒裝芯片、WLP、MCM與三維等先進(jìn)封裝技術(shù)，這些技術(shù)就各個(gè)特點(diǎn)和形式的不通運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域，以及今后封裝技術(shù)發(fā)展方向。一些日本，美國(guó)公司已經(jīng)這些先進(jìn)成熟的技術(shù)運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)，汽車，通信領(lǐng)域。越來(lái)越先進(jìn)的封裝技術(shù)將是低成本，更微小型發(fā)展。 同時(shí)，對(duì)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，高效益，高質(zhì)量，低成本晶圓級(jí)封裝時(shí)商家們最積極投入和開發(fā)的技術(shù)，哪將創(chuàng)造出非常高的經(jīng)濟(jì)效益。CSP封裝擁有眾多TSOP和BGA封裝所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它代表了微小型封裝技術(shù)發(fā)展的方向：比如運(yùn)用于閃存、SRAM和高速DRAM網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、混合信號(hào)和RF領(lǐng)域、專用集成電路（ASIC）、微控制器、電子顯示屏等方面將會(huì)大有作為。晶圓級(jí)封裝是尺寸最小的低成本封裝，它像其他封裝一樣，為IC芯片提供電氣連接、散熱通路、機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)，并能滿足表面貼裝的要求。晶圓級(jí)封裝技術(shù)是真正意義上的批量生產(chǎn)芯片技術(shù)。三維封裝雖然技術(shù)還在發(fā)展階段，但是他將會(huì)滿足我們電子系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，對(duì)VLSI集成電路用的低功率、輕型及小型封裝的生產(chǎn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。本文只簡(jiǎn)單介紹封裝技術(shù)的基礎(chǔ)與發(fā)展方向，相信隨著科技的發(fā)展，封裝技術(shù)將會(huì)越來(lái)越成熟，封裝精度和質(zhì)量將會(huì)大大提升，他將應(yīng)用不僅僅只是CPU和芯片。精密封裝的產(chǎn)品對(duì)某些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)可能會(huì)提高他的性能。我國(guó)的封裝技術(shù)水平遠(yuǎn)落后于其他國(guó)家。但是隨著一批的高技術(shù)人才的出現(xiàn)，我們的發(fā)展肯定會(huì)非常迅速。第一章 緒論1.1芯片生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展隨著IC技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的高集成電路被生產(chǎn)和制造出來(lái)，從此更多高性能，低功耗的芯片成了我們生活中不可缺少的一部分，我們平時(shí)用的MP3、手機(jī)、個(gè)人掌上電腦等等，可以我我們處處都已經(jīng)離不開這些數(shù)字產(chǎn)品了。集成電路芯片封裝是指利用膜技術(shù)及微細(xì)連接技術(shù)，將芯片及其它要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出接線端子并通過(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。此概念稱為狹義的封裝。在更廣的意義上講的“封裝”是指封裝工程，是將封裝體與基板連接固定，裝配成完整的系統(tǒng)或電子機(jī)械設(shè)備，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能的工程。上面兩層封裝的含義結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了廣義的封裝概念。將基板技術(shù)、芯片封裝體、分立器件等全部要素，按電子設(shè)備整機(jī)要求進(jìn)行連接和裝配，實(shí)現(xiàn)電子的、物理的功能，使之轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于機(jī)械或系統(tǒng)的形式，成為整機(jī)裝置或設(shè)備的工程稱為電子封裝工程。集成電路中，集成器件數(shù)量最多，芯片外形最小，功能最強(qiáng)大的，當(dāng)數(shù)電腦的心臟中央處理器（即是我們常從別人口中聽到的CPU）。 CPU為電腦的核心處理單元，電腦中幾乎所有的數(shù)據(jù)都會(huì)由CPU來(lái)處理和完成，少了它，電腦將無(wú)法計(jì)算任何東西。因此足見其在電腦器件中的核心地位。自從美國(guó)Intel公司1971年設(shè)計(jì)制造出4位微處a理器芯片以來(lái)，在20多年時(shí)間內(nèi)，CPU從Intel4004、80286、80386、80486發(fā)展到Pentium和Pentium，數(shù)位從4位、8位、16位、32位發(fā)展到64位;主頻從幾兆到今天的3GHz多；從單核心發(fā)展成雙核心；CPU芯片里集成的晶體管數(shù)由2000個(gè)躍升到500萬(wàn)個(gè)以上;半導(dǎo)體制造技術(shù)的規(guī)模由SSI、MSI、LSI、VLSI達(dá)到 ULSI。封裝的輸入/輸出（I/O）引腳從幾十根，逐漸增加到幾百根，將來(lái)可能達(dá)2千根。這一切真是一個(gè)翻天覆地的變化。對(duì)于CPU，讀者應(yīng)該已經(jīng)熟悉了吧，286、386、486、Pentium、Pentium 、Celeron、K6、K6-2 相信我們可以如數(shù)家珍似地列出一長(zhǎng)串。但談到CPU和其他大規(guī)模集成電路的封裝，知道的人未必很多。相對(duì)國(guó)外而言，我國(guó)集成電路發(fā)展比較晚有許多技術(shù)還不能和國(guó)外相比但是國(guó)內(nèi)集成電路在飛快的發(fā)展。2000年以來(lái)，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了蓬勃生機(jī)，進(jìn)入了高速成長(zhǎng)期，呈現(xiàn)出三大特點(diǎn)：一是生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，2000年到2005年，集成電路產(chǎn)量和銷售收入年均增長(zhǎng)速度超過(guò)30%，是同期全球最高的；二是技術(shù)水平提高較快，芯片制造技術(shù)從2000年的0.5mm提高到0.13mm，前進(jìn)了三代；三是國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、外資企業(yè)中的IC企業(yè)競(jìng)相發(fā)展，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，呈現(xiàn)了長(zhǎng)三角地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)和西部地區(qū)的四大板塊格局。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，封裝測(cè)試業(yè)在國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。2005年銷售收入達(dá)345億元，占國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)的49%，在西部地區(qū)這一比重更高。國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試業(yè)快速增長(zhǎng)成為新亮點(diǎn)。2003年我國(guó)IC封裝測(cè)試企業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入246億元，同比增長(zhǎng)23.3%，占整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)鏈銷售收入的70%，已成為IC產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展中的新亮點(diǎn)，是IC市場(chǎng)有力的推動(dòng)者。產(chǎn)能上迅速提升滿足了市場(chǎng)的要求，如長(zhǎng)電科技股份、南通富士通、四川安森美、華潤(rùn)安盛、上海金朋、安靠、浙江華越等公司都在產(chǎn)量銷售收入利潤(rùn)上獲得歷史佳績(jī)。2004年整個(gè)封裝業(yè)仍處于一個(gè)較快的發(fā)展階段。從調(diào)查資料分析，股份制企業(yè)、中外合資、外商獨(dú)資、民營(yíng)企業(yè)如雨后春筍般地涌現(xiàn)。目前我國(guó)半導(dǎo)體封裝測(cè)試企業(yè)已超過(guò)180家，主要集中在長(zhǎng)三角，其次為珠三角、京津環(huán)渤海地區(qū)。2003年半導(dǎo)體分立器件中國(guó)市場(chǎng)已占有全球的1/3，據(jù)CCID塞迪顧問(wèn)報(bào)告，雖然中國(guó)分立器件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍是以日本企業(yè)為代表的國(guó)外廠商具有優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)廠商正迎頭趕上，其中半導(dǎo)體封裝業(yè)唯一的上市企業(yè)長(zhǎng)電科技更成為首次進(jìn)入市場(chǎng)前十五大供應(yīng)商的國(guó)內(nèi)企業(yè)。2003年國(guó)內(nèi)分立器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)7.55億元，同比增長(zhǎng)超過(guò)70%，成為市場(chǎng)成長(zhǎng)最快的企業(yè)。另外，如中外合資企業(yè)南通富士通公司、無(wú)錫華潤(rùn)、安盛公司、天水華天公司、三星電子（蘇州）公司、瑞薩蘇州公司等都有長(zhǎng)足發(fā)展。半導(dǎo)體封裝測(cè)試業(yè)仍將是未來(lái)三年中在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位，是外資向中國(guó)快速轉(zhuǎn)移最優(yōu)先考慮的，也是最先與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平接軌，應(yīng)該說(shuō)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最具規(guī)模最先發(fā)展的一個(gè)行業(yè)。（1）國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主干封裝業(yè)。2004年4月的報(bào)告稱，2003年中國(guó)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)值為人民幣257.9億元，而其中封測(cè)產(chǎn)值為152.5億元，占整體半導(dǎo)體產(chǎn)值的59.1%，清楚地說(shuō)明目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主要枝干就是封測(cè)產(chǎn)業(yè)。不過(guò)，因?yàn)榫A制造及IC設(shè)計(jì)兩者產(chǎn)值在近幾年急速增加，造成封測(cè)產(chǎn)值比重逐漸下降，由2002年的63.3%下滑到2003年的59.1%，2004年還再下滑3.8個(gè)百分點(diǎn)，但35年內(nèi)，封測(cè)業(yè)應(yīng)該還可以坐穩(wěn)第一名的位置。國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)可以細(xì)分為三階段。1995年前，國(guó)內(nèi)的封裝測(cè)試絕大部分是依附本土組件制造商（IDM），如上海先進(jìn)、貝嶺、無(wú)錫華晶及首鋼NEC等，及部分由合資方式或其他方式合作的外商，如深圳賽意法微電子、現(xiàn)代電子（現(xiàn)已被金朋并購(gòu)），但投資范圍主要以PDIP、PQFP和TSOP為主。但是1995年起，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了第一家專業(yè)封裝代工廠阿法泰克，緊接著，由于得到國(guó)家政策對(duì)發(fā)展IC產(chǎn)業(yè)的支持，英特爾（Intel）、超微（AMD）、三星電子（Samsung）和摩托羅拉等國(guó)際大廠整合組件制造商（IDM）擴(kuò)大投資，紛紛以1億美元以上的投資規(guī)模進(jìn)駐到中國(guó)國(guó)內(nèi)。2000年后，中芯、宏力、和艦及臺(tái)積電等晶圓代工廠陸續(xù)成立，新產(chǎn)能的開出和相續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，對(duì)于后段封裝產(chǎn)能的需求更為迫切，使得專業(yè)封測(cè)廠為爭(zhēng)奪訂單，也跟著陸續(xù)進(jìn)駐到晶圓廠周圍，如威宇科技、華虹NEC提供BGA/CSP及其他高階的封裝服務(wù)、中芯與金朋建立互不排除聯(lián)盟（Non-Exclusive Alliance）。因?yàn)榫A制造開始往高階技術(shù)推進(jìn)，對(duì)于封測(cè)工藝的要求也開始轉(zhuǎn)向高階產(chǎn)品，這也將會(huì)帶動(dòng)中國(guó)國(guó)內(nèi)封測(cè)產(chǎn)業(yè)在質(zhì)量上進(jìn)一步向上提升。根據(jù)iSuppli的研究，2003年國(guó)內(nèi)IC市場(chǎng)規(guī)模約為502億顆，預(yù)估2007年時(shí)將會(huì)達(dá)到1295億顆，年增長(zhǎng)率為26.73%，至于封裝技術(shù)，較低階的DIP將由2003年的65%，下滑到2007年的44%，中高階的SOP、SOT、PLCC、SOP、YSOP、QFP則由2003年的13%，向上攀升到2007年的27%。（2）國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試廠的4股勢(shì)力。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)具有規(guī)模的封測(cè)廠約有58家，而這些封測(cè)廠可以分為4大類，第一類就是國(guó)際大廠整合組件制造商的封測(cè)廠，第二類是國(guó)際大廠整合組件制造商與本土業(yè)者合資的封測(cè)廠，第三類臺(tái)資封測(cè)廠，最后的第四類就是國(guó)內(nèi)本土的封測(cè)廠。關(guān)于第一類（國(guó)際大廠整合組件制造商）封測(cè)廠，目前在國(guó)內(nèi)設(shè)封測(cè)廠的外資共有15家，分別是英特爾、超微、三星電子、摩托羅拉（Motorola）、飛利浦（Philips）、國(guó)家半導(dǎo)體（National Semiconductor）、開益禧半導(dǎo)體（KEC）、東芝半導(dǎo)體（Toshiba）、通用半導(dǎo)體（General Electronic Semiconductor）、安靠（Amkor）、金朋（Chip PAC）、聯(lián)合科技（UTAC）、三洋半導(dǎo)體（Sanyo Semiconductor）、ASAT、三清半導(dǎo)體，這些廠商主要來(lái)自美國(guó)、日本以及韓國(guó)，建廠目的都是因?yàn)橥馍痰南到y(tǒng)產(chǎn)品內(nèi)銷國(guó)內(nèi)便可享有內(nèi)銷稅的優(yōu)惠，目前主要集中在上海、蘇州等長(zhǎng)三角周圍城市。第二類封測(cè)廠是在國(guó)內(nèi)完全開放前，為了要先行卡位而與中國(guó)國(guó)內(nèi)本土廠商合資的封測(cè)廠，一共有11家，包括先前所提高的深圳賽意法微電子、阿法泰克（現(xiàn)以改名為上海紀(jì)元微科微電子），以及新康電子、日立半導(dǎo)體（Hitachi）、英飛凌（Infineon）、松下半導(dǎo)體（Matsushita）、硅格電子、南通富士通微電子、三菱四通電子、樂(lè)山菲尼克斯半導(dǎo)體及寧波銘欣電子，這些業(yè)者的資金主要是來(lái)自于中國(guó)臺(tái)灣、日本，地點(diǎn)則較為分散，但仍以江蘇、深圳等地為主。第三類主要是臺(tái)資封測(cè)廠，臺(tái)資封測(cè)廠商在近三年內(nèi)陸續(xù)加入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，數(shù)目約16家，營(yíng)運(yùn)模式多屬于專門封測(cè)廠，幾乎臺(tái)灣的上市封測(cè)公司大都已在國(guó)內(nèi)設(shè)廠，分別是威宇科技，銅芯科技、宏盛科技、凱虹電子、捷敏電子、日月光半導(dǎo)體、南茂科技、硅晶科技、京元電子、菱生精密、巨豐電子、超豐電子、珠海南科集成電子、硅德電子及長(zhǎng)威電子，這些工廠主要集中在上海、蘇州一帶。營(yíng)運(yùn)規(guī)模由于受到臺(tái)灣島內(nèi)當(dāng)局法規(guī)限制，相對(duì)于臺(tái)灣母公司的規(guī)模還有一段差距。第四類國(guó)內(nèi)本土廠商，雖然數(shù)量上高達(dá)50多家，但很多都是屬于地方國(guó)有企業(yè)，而這些國(guó)有企業(yè)業(yè)務(wù)繁雜，并不只是經(jīng)營(yíng)半導(dǎo)體，有些還跨足其他與半導(dǎo)體不相干的產(chǎn)業(yè)，業(yè)務(wù)相對(duì)集中在封裝測(cè)試上的約有12家，包括國(guó)內(nèi)最大封測(cè)廠的長(zhǎng)電科技、華旭微電子、華潤(rùn)華晶微電子、九星電子、紅光電子、廈門華聯(lián)、華油電子、華越芯裝電子、南方電子及天水永紅。（3）舉足輕重的前10大業(yè)者。以營(yíng)收作為基準(zhǔn)，2003年國(guó)內(nèi)前10大半導(dǎo)體封測(cè)廠商依序分別為摩托羅拉、三菱四通、南通富士通、江蘇長(zhǎng)電科技、賽意法微電子、松下半導(dǎo)體、東芝半導(dǎo)體、甘肅永紅、上海紀(jì)元微科微電子、華潤(rùn)華晶微電子。10大廠商中，有4家是純封裝測(cè)試廠，有3家是整合組件制造商，剩下的3家則為合資廠商，以下將概述這些廠商近況。排名第一的摩托羅拉是在1992年獨(dú)資2.8億美元在天津西青區(qū)建立后段封測(cè)廠（BAT-3），占地10萬(wàn)平方米，可以提供的封裝方式為QFP、LQFP、MAPBGA、QFN、PDIP、SSOP、BGA、SOIC、TAB及Filp Chip，年封裝測(cè)試最高可達(dá)8億顆IC芯片，主要封裝產(chǎn)品為通信IC芯片、微處理器（MPU）、微控制器（MCU）。第二名的則是位于北京市上地信息產(chǎn)業(yè)基地的三菱四通，為日本三菱與四通集團(tuán)在1996年合資成立，占地14.8萬(wàn)平方米，總投資金額為9064萬(wàn)美元，可以提供的封裝方式為DIP、SOP、QFP、TO-220、MSIC及SCR-LM，年封裝測(cè)試最高可達(dá)2億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為內(nèi)存、電源管理IC、ASIC、微控制器。第三名為南通富士通，位于江蘇省南通市，成立于1997年，投資金額為2800萬(wàn)美元，由南通華達(dá)微有限公司和日本富士通各出資60%、40%成立，可以提供的封裝方式為QFP、LQFP、SOP、DIP、SIP、SSOP、QFP/LQFP、LLC、MCM、MCP及BCC，年封裝測(cè)試最高可達(dá)15億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為DVD Recorder、ASIC、內(nèi)存等。第四名是江蘇江陰長(zhǎng)電科技，是國(guó)內(nèi)第一家上市封裝廠（2003年5月），成立于1998年，總投資金額為1500萬(wàn)美元，主要是從事IC與分立組件的封裝、測(cè)試及銷售業(yè)務(wù)。屬于“國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”、“中國(guó)電子百?gòu)?qiáng)企業(yè)”之一，位于江蘇省江陰市，可以提供的封裝方式為TO、SOT、SOD、SOP、SSOP、SIP、DIP、SDIP、QFP、PQFP及PLCC，年封裝測(cè)試最高可達(dá)8億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為邏輯IC、模擬IC及內(nèi)存等。第五名是意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）與深圳賽格高技術(shù)投資股份有限公司各出資60%、40%成立的深圳賽意法微電子，成立于1997年，位于廣東省深圳市，總投資金額為2.2億美元，可以提供的封裝方式為TO220、DPAK、SOIC8、MiniDIP、PDIP、PPAK及BGA，年封裝測(cè)試最高可達(dá)20億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為EPROM、消費(fèi)性IC及通信IC。第六名是成立于1994年的松下半導(dǎo)體，地點(diǎn)位于上海市，總投資進(jìn)為3000萬(wàn)美元，為日本松下、松下（中國(guó)）及上海儀電控股各出資59%、25%、16%成立，可以提供的封裝方式為L(zhǎng)QFP、SOIC、TQFP及SDIC，年封裝測(cè)試最高可達(dá)1億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為通用家電和汽車電子等微處理器。第七名則是東芝半導(dǎo)體，為無(wú)錫華芝與華晶電子集團(tuán)公司在1994年各出資95%、5%成立，但是，2002年?yáng)|芝將其收購(gòu)成為子公司，改名為現(xiàn)在的東芝半導(dǎo)體，可以提供的封裝方式為SDIP24/54/64/56、QFP48，主要封裝產(chǎn)品為消費(fèi)性IC。第八名為甘肅永紅，2003年改名為天水華天微電子，為甘肅省國(guó)有企業(yè)，位于甘肅省天水市，可以提供的封裝方式為DIP8L42L、SOP8L28L、SIP8L9L、SSOP16L28L、SDIP24L28L、HSOP28L、TSOP44L54L、QFP44L及LQFP64L，年封裝測(cè)試最高可達(dá)10億顆IC，主要封裝產(chǎn)品為消費(fèi)性IC。第九名是上海紀(jì)元微科微電子（原名為阿法泰克），是中國(guó)國(guó)內(nèi)第一家合資封測(cè)廠，成立于1995年，總投資金額為7500萬(wàn)美元，是泰國(guó)阿法泰克公司、上海儀電控股及美國(guó)微芯片公司各出資51%、45%、4%成立，可以提供的封裝方式為PDIP/28、SOIC8/18/28、TSOP8、MSOP8、SOT23、TO220、PLC28/44、TSOP6及QFN32，年封裝測(cè)試最高可達(dá)4億顆IC主要封裝產(chǎn)品為消費(fèi)性IC。第十名是成立于2000年的華潤(rùn)華晶微電子，位于江蘇省無(wú)錫市，總投資金額為3700萬(wàn)美元，可以提供的封裝方式為SDIP、SKDIP、SIP、ZIP、FSIP、FDIP、QFP、SOP及PLCC，其中雙極電路生產(chǎn)線年產(chǎn)25萬(wàn)片，分立器件生產(chǎn)線年產(chǎn)60萬(wàn)片。1.2 發(fā)展方向當(dāng)今全球正迎來(lái)以電子計(jì)算機(jī)為核心的電子信息技術(shù)時(shí)代，隨著它的發(fā)展，越來(lái)越要求電子產(chǎn)品要具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、便攜化以及將大眾化普及所要求的低成本等特點(diǎn)。這樣必然要求微電子封裝要更好、更輕、更薄、封裝密度更高，更好的電性能和熱性能，更高的可靠性，更高的性能價(jià)格比。微電子封裝將由封裝向少封裝和無(wú)封裝方向發(fā)展。芯片直接安裝技術(shù)，特別是倒裝焊技術(shù)將逐步成為微電子封裝的主流形式。相對(duì)國(guó)內(nèi)微電子封裝技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)狀而言，封裝材料業(yè)的發(fā)展顯得不相適應(yīng)。如果說(shuō)封裝業(yè)已從芯片生產(chǎn)的附屬位置過(guò)渡為一個(gè)完整的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，那么封裝材料業(yè)還在封裝業(yè)的附屬位置上徘徊，還不能形成一個(gè)完整的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。雖然國(guó)內(nèi)有基本滿足當(dāng)前封裝業(yè)的一些材料，如環(huán)氧塑料、引線框架、鍵合金線，但相對(duì)技術(shù)含量較低、精度較差、質(zhì)量不穩(wěn)定，很多生產(chǎn)要素還依賴進(jìn)口。例如，約占12%15%的環(huán)氧樹脂需進(jìn)口，5.7%10%的酚醛靠進(jìn)口，75%左右的硅微粉雖然可國(guó)內(nèi)配套，但加工的技術(shù)落后只能滿足DIP產(chǎn)品和TO產(chǎn)品，還不能滿足SOP、SOT產(chǎn)品。引線支架幾乎100%靠進(jìn)口IC支架銅帶，90%的分立器件銅帶靠進(jìn)口，一旦銅帶供應(yīng)波動(dòng)將直接影響整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品向小型化、輕薄化、高可靠、高性能、低成本方向發(fā)展，其沖壓精度一致性、抗氧化性、包裝等一系列問(wèn)題立即成為“瓶頸”而制約封裝業(yè)的有序發(fā)展。隨著載帶自動(dòng)焊技術(shù)、倒裝焊技術(shù)、BGA、CSP的封裝技術(shù)等新技術(shù)在國(guó)內(nèi)封裝業(yè)的引入，新的材料“瓶頸”將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，突破“瓶頸”刻不容緩。半導(dǎo)體微電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，在全球已逐漸形成微電子設(shè)計(jì)、微電子制造（包括代工）和微電子封裝與測(cè)試三大產(chǎn)業(yè)群。其中微電子封裝與測(cè)試產(chǎn)業(yè)群與前二者相比屬于高技術(shù)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，每年需要大批高、中級(jí)技術(shù)人才。我國(guó)微電子封裝業(yè)在集成電路產(chǎn)業(yè)中占有十分重要的地位，在長(zhǎng)三角、珠三角、京津和成都地區(qū)形成了不同規(guī)模的微電子封裝與測(cè)試產(chǎn)業(yè)群，2005年銷售收入已達(dá)345億元，占國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的“半壁河山”。過(guò)去，整個(gè)中國(guó)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱，但是附加價(jià)值相對(duì)較低的封裝測(cè)試卻是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最強(qiáng)的一環(huán)，占了國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值59%以上，之所以會(huì)有這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生，是因?yàn)樵诎雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，封裝測(cè)試對(duì)資金需求和技術(shù)門檻較低，且人力需求比較高，而國(guó)內(nèi)擁有充沛和低廉的勞動(dòng)資源所致，但這與國(guó)際上先進(jìn)封裝測(cè)試技術(shù)水平仍有相當(dāng)差距。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)資料顯示，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)從事分立器件及IC封裝測(cè)試的廠商約有210家，其中從事IC封裝廠超過(guò)100家，但實(shí)際上有一定水準(zhǔn)封裝測(cè)試技術(shù)，且年封裝量超過(guò)1億顆不到20家，預(yù)計(jì)未來(lái)3年內(nèi)，若臺(tái)資企業(yè)能夠順利排除法規(guī)限制且產(chǎn)能放量，國(guó)內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)激烈的殺戮淘汰賽或是購(gòu)并情形。第二章 幾種先進(jìn)的封裝技術(shù)2.1 BGA技術(shù)2.1.1定義及特點(diǎn)BGA它是在基板的背面按陣列方式制出球形觸點(diǎn)作為引腳，在基板正面裝配IC芯片（有的BGA的芯片與引腳端在基板的同一面），是多引腳大規(guī)模集成電路芯片封裝用的一種表面貼裝型技術(shù).BGA具有以下特點(diǎn)：（1）提高成品率。采用BGA可將細(xì)間距QFP的萬(wàn)分之二、焊點(diǎn)的失效率減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，無(wú)須對(duì)工藝做較大的改動(dòng)；（2）BGA焊點(diǎn)的中心距一般為1.27mm，可以利用現(xiàn)有的SMT工藝設(shè)備，而QFP的引腳中心距如果小到0.3mm時(shí)，引腳間距只有0.15mm，則需要很精密的安放設(shè)備以及完全不同的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)起來(lái)極為困難；（3）改進(jìn)了器件引出端數(shù)和本體尺寸的比率。例如，邊長(zhǎng)為31mm的BGA，當(dāng)間距為1.5mm時(shí)有400只引腳，而當(dāng)間距為1mm時(shí)有900只引腳。相比之下，邊長(zhǎng)為32mm，引腳間距為0.5mm的QFP只有208只引腳；（4）明顯改善共面問(wèn)題，極大地減少了共面損壞；（5）BGA引腳牢固，不像QFP那樣存在引腳變形問(wèn)題；（6）BGA引腳短，使信號(hào)路徑短，減小了引線電感和電容，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)性能；（7）球形觸點(diǎn)陣列有助于散熱；（8）BGA適合MCM的封裝需要，有利于實(shí)現(xiàn)MCM的高密度、高性能。2.1.2 分類BGA的四種主要形式為：塑料球柵陣列（PBGA）、陶瓷球柵陣列（CBGA）、陶瓷圓柱柵格陣列（CCGA）和載帶球柵陣列（TBGA） 1塑料球柵陣列（PBGA）塑料球柵陣列（Plastic Ball Grid Array, PBGA），又常被稱為整體模塑陣列載體（Over Molded Plastic Array Carriers, OMPAC），它是最常用的BGA封裝形式（如圖1.1所示）。 如圖1.1BGA封裝形式 PBGA封裝器件所具有的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）制造商完全可以利用現(xiàn)有的裝配技術(shù)和廉價(jià)的材料，從而確保整個(gè)封裝器件具有較低廉的價(jià)格。（2）與QFP器件相比較，很少會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損傷現(xiàn)象。（3）裝配到PCB上可以具有非常高的質(zhì)量2陶瓷球柵陣列（CBGA）陶瓷球柵陣列（Ceramic Ball Grid Array, CBGA）是將管芯連接到陶瓷多層載體的頂部表面所組成 CBGA所擁有的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）組件擁有優(yōu)異的熱性能和電性能 （2）與QFP器件相比較，很少會(huì)受到機(jī)械損壞的影響 （3）當(dāng)裝配到具有大量I/O應(yīng)用的PCB上時(shí)（高于250I/O），可以具有非常高的封裝效率。3陶瓷圓柱柵格陣列（CCGA） 陶瓷圓柱柵格陣列（Ceramic Column Grid Array, CCGA）器件也被稱為圓柱焊料載體（Solder Column Carriers, SCC） 對(duì)于CCGA器件而言，在裝配時(shí)其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)非常類似于CBGA器件的優(yōu)缺點(diǎn)，僅有一個(gè)很大的區(qū)別，那就是焊料圓柱比焊球更容易受到機(jī)械損傷。4載帶球柵陣列（TBGA）載帶球柵陣列（Tape Ball Grid Array, TBGA），也稱為陣列載帶自動(dòng)鍵合（Array Tape Automated Bonding，ATAB），是一種相對(duì)新穎的BGA封裝形式。TBGA是由連接至銅/聚酰亞胺柔性的電路，或者是具有兩層包含由管芯連接至球柵陣列的銅線。如圖1.2所示 ： 圖1.2 載帶球柵陣列示意圖TBGA封裝具有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）比絕大多數(shù)的BGA封裝（特別是具有大量I/O數(shù)量的）要輕和小。（2）比QFP器件和絕大多數(shù)其他BGA封裝的電性能要好。（3）裝配到PCB上具有非常高的封裝效率。2.1.3 BGA封裝內(nèi)存BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是I/O引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒(méi)有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；寄生參數(shù)減小，信號(hào)傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高2.2 晶圓級(jí)尺寸封裝技術(shù) 2.1.1背景： 半導(dǎo)體集成電路技術(shù)工藝的發(fā)展，是由不斷縮減的結(jié)構(gòu)尺寸驅(qū)動(dòng)的。從018 m工藝引入高容積生產(chǎn)，向013 m、011 m、90 nm和60 nm、45 nm發(fā)展，結(jié)果，芯片尺寸不斷增人，I/O數(shù)的不斷增加，周邊焊盤間距減小到70 m及50m。在部分狀況下，由于焊盤限制，芯片不能更小化。單芯片封裝(SCP)功能之一就是使印刷電路板布線與IC板焊盤問(wèn)縫隙匹配。全球SCP類型從雙列直插式(DIP)封裝、塑料方形扁平封裝(POFP)、球柵陣列封裝(BGA)改變?yōu)閮x在一定程度上大于芯片本身的芯片尺寸封裝(CSP)。對(duì)CSP而言，封裝面積與芯片面積的比率小于12，采用具有標(biāo)準(zhǔn)芯片封裝優(yōu)點(diǎn)的裸芯片的小尺寸及高性能的益處。因此，獲得最高等級(jí)的電性能，就是把裸芯片粘貼到印刷電路板(PCB)，稱為芯片直接粘貼(DCA)，在CSP之前，已實(shí)際采用。任何裸芯片封裝的缺乏，限制了大批量牛產(chǎn)中對(duì)大多數(shù)電子產(chǎn)品實(shí)施DCA。由于硅與疊層間高CTE不匹配，沒(méi)有下填允物，PCB上的FC是不可靠的。對(duì)裝配線而言，附加工藝步驟與設(shè)備是必需的。DCA的豐要問(wèn)題為：裝配、尺寸或腳印的標(biāo)準(zhǔn)化、芯片降低生產(chǎn)試驗(yàn)及返修。對(duì)電子元件裝配而言，從PCB的電鍍通孔(PTH)到表面貼裝技術(shù)(SMT)的轉(zhuǎn)移是一場(chǎng)革命。另一突破就是引進(jìn)BGA封裝，焊球陣列布局。如今，CSP就是把FC技術(shù)工藝與SMT和BGA融合的結(jié)果。小同種類的互連工藝(FC、引線鍵合、TAB)，在不同類型的CSP中得到反應(yīng)。所有CSP封裝技術(shù)工藝的主要原理就是增大芯片與板之間的支座高度，降低PCB與有附加插件或引線框架、聚合物層之間的CTE不匹配狀況。對(duì)倒裝片組裝而言，晶圓級(jí)方法獨(dú)特的特性就是在封裝內(nèi)部無(wú)焊接，直接在晶圓上完成封裝，接著通過(guò)劃片進(jìn)行分離。晶圓級(jí)工藝處理，所有的WL-CSP是真正的芯片尺寸而不是芯片規(guī)模。WL-CSP是一種再分布理念，是基于周邊到面積陣列焊盤布局重新布線的焊盤圖案的薄膜工藝技術(shù)。2.2.2 定義與分類 芯片晶圓級(jí)尺寸封裝可拆分為晶圓級(jí)封裝和芯片尺寸級(jí)封裝芯片尺寸封裝：芯片尺寸封裝（或芯片規(guī)模封裝），簡(jiǎn)稱CSP，它的英文全稱是Chip Scale Package或Chip Size Package。按照EIA、IPC、GEKEC、MCNC和Sematech共同制定的J-STD-012標(biāo)準(zhǔn)，是指封裝外殼的尺寸不超過(guò)裸芯片尺寸1.2倍的一種先進(jìn)封裝形式。它主要是由最近幾年流行的BGA向小型化、薄型化方向發(fā)展而形成的一種封裝概念。按照這一定義，CSP并不是新的封裝形式，而是其尺寸小型化的要求更為嚴(yán)格而已。它有以下特點(diǎn)：（1）封裝尺寸小，可滿足高密封裝。（2）電學(xué)性能優(yōu)良。 3）測(cè)試、篩選、老化容易。 （4）散熱性能優(yōu)良。 （5）內(nèi)無(wú)須填料。 （6）制造工藝、設(shè)備的兼容性好。 基本工藝：在該半導(dǎo)體芯片的正面植上一個(gè)以上導(dǎo)電球；半導(dǎo)體芯片的正面貼在藍(lán)膜上；第一次切割半導(dǎo)體芯片，使其具有一個(gè)寬切口，制成單獨(dú)的芯片；用注模劑對(duì)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行注模，寬切口內(nèi)留有注模劑；第二次切割半導(dǎo)體芯片，制得一個(gè)以上獨(dú)立芯片封裝的器件；對(duì)獨(dú)立封裝芯片的器件進(jìn)行測(cè)試打印；按客戶要求將器件包裝為成品。2.2.3晶圓級(jí)封裝：晶圓級(jí)封裝（Wafer Level Package，WLP）以BGA技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)和提高的CSP。有人又將WLP稱為圓片級(jí)芯片尺寸封裝（WLP-CSP），它不僅充分體現(xiàn)了BGA、CSP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且是封裝技術(shù)取得革命性突破的標(biāo)志。晶圓級(jí)封裝技術(shù)采用批量生產(chǎn)工藝制造技術(shù)，可以將封裝尺寸減小至IC芯片的尺寸，生產(chǎn)成本大幅下降，并且把封裝與芯片的制造融為一體，這將徹底改變芯片制造業(yè)與芯片封裝業(yè)分離的局面。它得優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：芯片晶圓級(jí)尺寸封裝工藝過(guò)程：再分布技術(shù)工藝與薄膜多層工藝過(guò)程有關(guān)。下圖示出了WL-CSP再分布和凸點(diǎn)形成技術(shù)的簡(jiǎn)易工藝流程。圖1再分布的第一個(gè)工藝步驟就是在晶圓上薄膜介質(zhì)層的淀積，以便增強(qiáng)芯片的鈍化作用。無(wú)機(jī)鈍化層中的引線孔，會(huì)在重新布線金屬化過(guò)程中形成短路。在所有的薄膜應(yīng)用中最好采用聚合物，是由于其非常低的介電常數(shù)和最小的損耗角正切值。重新布線金屬化下方的聚合物層，也起著凸點(diǎn)形成和裝配工藝的應(yīng)力緩沖層的作用。通常選擇的聚合物涂敷，應(yīng)能提供封裝工藝的高性能。 與干蝕刻材料相比，采用光敏聚合物，要求更少的工藝處理步驟，因此節(jié)省成本。表1概述了用于薄膜應(yīng)用的3種不同的光聚合物。BCB(雙苯環(huán)丁烯)是唯一的融合優(yōu)越電特性、高溫穩(wěn)定性及適度固化溫度的及甚低攝水量的薄膜聚合物。高于270，全固化過(guò)程在幾分鐘內(nèi)完成，而在大約250時(shí)，需要1 h的時(shí)間。光BCB(雙苯環(huán)丁烯)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)式涂敷進(jìn)行淀積的。 重新布線金屬化的低電阻率通過(guò)電鍍銅來(lái)得到。把薄的Ti：W層(200 nm)和Cu(300 nm)均勻地濺射到整個(gè)晶圓片上。Ti：W層起著鋁焊盤的擴(kuò)散阻擋層的作用，在背部濺射淀積前用氬氣清洗掉。濺射Cu層用作電鍍基體。利用旋轉(zhuǎn)式涂敷應(yīng)用有效的光刻膠，形成電鍍掩膜。在電鍍期間，濺射的薄銅層起著電極作用。在光掩膜內(nèi)部電鍍5 um的銅。10m線寬和10m間距的線是在工藝技術(shù)規(guī)范的范圍之內(nèi)。金屬淀積之后，除去光刻膠，并采用濕蝕刻和干蝕刻的融合除去電鍍基體。把重新布線金屬化用焊料掩模(光BCB)覆蓋。把電鍍鎳(5 m)金(100 nm)用作凸點(diǎn)下金屬化(UBM)。圖2示出了具有UBM再分布晶圓片的照片。圖2表1焊料球(低共晶或高熔化PbSn)通過(guò)模極印刷直接淀積于再分布晶圓片上。在對(duì)流爐中回流焊膏，采用溶劑除去焊劑殘余物。根據(jù)焊球間距，焊球直徑平均值在180270m。用標(biāo)準(zhǔn)的晶圓片鋸劃片，完成WL-CSP裝配。圖35示出了SEM和最終的WL-CSP斷面圖凸點(diǎn)式再分布芯片(光-BCB/Cu/)光BCB/Ni/Au/PbSn)?？山M裝與標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝器件(SMT)有關(guān)的WL-CSP。裝配過(guò)程的工藝流程如圖6所示圖6電體系裝配的第一步就是把焊料印刷到SMD的PCB上。使用自動(dòng)揀拾機(jī)，把助熔WL-CSP和SMD置于基板上位置。在對(duì)流爐中叫流或在紅外加熱爐中回流完成組裝工藝。組裝的WL-CSP斷面圖如圖7和圖8所示。圖7圖82.4 可靠性薄膜再分布的可靠性與薄膜MCM-D基板一樣高。完成2層Cu光BCB-Cu的熱循環(huán)(一65+155 ，10 min停留，20 min上升時(shí)間)。通過(guò)2 000個(gè)循環(huán)，在通路的電阻率方面無(wú)任何退化現(xiàn)象。在濕度85和85狀況卜，同樣的測(cè)試結(jié)構(gòu)也通過(guò)1 000 h。 通過(guò)不同的WL-CSP方法的可靠性對(duì)比研究，應(yīng)把CSP安裝于FR4極上(圖9所示)。在不同的技術(shù)工藝中，安裝的WL-CSP具有極高的可靠性。在板級(jí)不使用下填充物的狀況，通過(guò)700個(gè)循環(huán)(空氣到空氣，一40/+125)。在85/85濕度狀況經(jīng)1 000 h之后，也沒(méi)有檢查出失效現(xiàn)象。另一研究中，下填充式WL-CSP(芯片尺寸1 cm1 cm)通過(guò)l 200個(gè)循環(huán)，空氣到空氣40/+1 25。用于起搏器的微電了模塊的可靠性進(jìn)行板級(jí)評(píng)定，結(jié)果如表2所示表2樣品尺寸為80片，通過(guò)目檢、電測(cè)量、X線和C-SAM檢測(cè)完成分析。成功地驗(yàn)證了剛?cè)嵝訮WB上WL-CSP的高可靠性狀況。 如果不使用下填充物，那么基于再分布的WL-CSP的板級(jí)可靠性受給定的芯片尺寸、I/O數(shù)和到節(jié)點(diǎn)距離的限制。為了提高可靠性，要有正在研制的應(yīng)力緩沖器層和雙焊料球，以便避免使用較大芯片的下填充物。此WL-CSP的技術(shù)結(jié)構(gòu)為具有高鉛焊料球陣列的焊盤再分布芯片。在又一個(gè)低共晶焊料球模板印刷到埋置焊球陣列項(xiàng)部之前，把應(yīng)力緩沖器層埋置于高鉛焊料球。由于第二個(gè)焊球陣列在第一個(gè)焊球陣列的頂部，那么基本點(diǎn)就是在再分布層上淀積額外的聚合物層，以便補(bǔ)償芯片和板的熱不匹配，并增大芯片和板之間支座的高度。圖10示出了雙焊球WL-CSP的斷面圖。把測(cè)試芯片(1 cm1 cm)再分布為14到14焊球陣列， 組裝到FR-4板上的基于雙焊球理念的WL-CSP通過(guò)1 000個(gè)循環(huán)。 (空氣到空氣)從一55/+125。2.3 MCM封裝技術(shù)2.3.1 簡(jiǎn)介隨著便攜式電子系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，對(duì)VLSI集成電路用的低功率、輕型及小型封裝的生產(chǎn)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。同樣，許多航空和軍事應(yīng)用也正在朝該方向發(fā)展。為滿足這些要求，在MCM X、Y平面內(nèi)的二維封裝基礎(chǔ)上，將裸芯片沿Z軸疊層在一起，這樣，在小型化方面就取得了極大的改進(jìn)。同時(shí)，由于Z平面技術(shù)總互連長(zhǎng)度更短，降低寄生性的電容、電感，因而系統(tǒng)功耗可降低約30%。以上是MCM封裝產(chǎn)生的背景及由來(lái)，也提出了三維封裝的必要性。2.3.2 MCMMCM是一種由兩個(gè)或兩個(gè)以上裸芯片或者芯片尺寸封裝(CSP)的IC組裝在一個(gè)基板上的模塊，模塊組成一個(gè)電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)。基板可以是PCB、厚薄膜陶瓷或帶有互連圖形的硅片。整個(gè)MCM可以封裝在基板上，基板也可以封裝在封裝體內(nèi)。MCM封裝可以是一個(gè)包含了電子功能便于安裝在電路板上的標(biāo)準(zhǔn)化的封裝，也可以就是一個(gè)具備電子功能的模塊。它們都可直接安裝到電子系統(tǒng)中去(PC，儀器，機(jī)械設(shè)備等等)。 2.3.3MCM技術(shù)簡(jiǎn)單地講，MCM可分為三種基本類型：MCM-L是采用片狀多層基板的MCMMCM-L技術(shù)本來(lái)是高端有高密度封裝要求的PCB技術(shù)，適用于采用鍵合和FC工藝的MCM。MCM-L不適用有長(zhǎng)期可靠性要求和使用環(huán)境溫差大的場(chǎng)合MCM-C是采用多層陶瓷基板的MCM。陶瓷基板的結(jié)構(gòu)如2圖所示。從模擬電路、數(shù)字電路、混合電路到微波器件，MCM-C適用于所有的應(yīng)用。多層陶瓷基板中低溫共燒陶瓷基板使用最多，其布線的線寬和布線節(jié)距從254微米直到75微米MCM-D是采用薄膜技術(shù)的MCM。MCM-D的基板由淀積的多層介質(zhì)、金屬層和基材組成。MCM-D的基材可以是硅、鋁、氧化鋁陶瓷或氮化鋁。典型的線寬25微米，線中心距50微米。層間通道在10到50微米之間。低介電常數(shù)材料二氧化硅、聚酰亞胺或BCB常用作介質(zhì)來(lái)分隔金屬層，介質(zhì)層要求薄，金屬互連要求細(xì)小但仍要求適當(dāng)?shù)幕ミB阻抗。2.3.4 MCM優(yōu)點(diǎn)使用MCM來(lái)代替在PCB上使用的表面貼裝集成電路的主要原因有：1 .尺寸/2 .技術(shù)集成 3 .數(shù)據(jù)速度和信號(hào)質(zhì)量 4 .可靠性使用環(huán)境 5 .成本* 6 .PCB板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化) t. . I( i: B5 V: P3 r# 7. 提高圓片利用率8 降低投資風(fēng)險(xiǎn)2.3.5低成本MCM在市場(chǎng)的推動(dòng)下，隨著設(shè)計(jì)、封裝和材料工藝技術(shù)的進(jìn)步，MCM的低成本化已開始實(shí)現(xiàn)。在國(guó)際市場(chǎng)已出現(xiàn)了利用各種標(biāo)準(zhǔn)封裝外形封裝的MCM，如PDIP，QFP，BGA等等。不同種類的MCM也紛紛采用了各種單芯片封裝的工藝技術(shù)，如金絲鍵合、芯片凸點(diǎn)和PC技術(shù)。由于標(biāo)準(zhǔn)封裝外形和標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的普遍采用，MCM的封裝成本得到了大幅度降低。7 ?5 rG% M6 c ) k6 Z _ K( _: d% q& _0 s南通富士通微電子股份有限公司利用MCM-D技術(shù)封裝消費(fèi)類電子產(chǎn)品用MCM已有五年歷史。圖4舉例說(shuō)明了南通富士通MCM-D的內(nèi)部和最終外形照片。我們2 E. D3 q1 J9 V: ?為降低MCM的封裝成本，選用適當(dāng)?shù)姆庋b方法很重要。常用于批量生產(chǎn)的MCM封裝方法及特點(diǎn)如下：7 A) y2 w2 h7 K/ U# X y; H- D( W( 4 p塑封后組裝低成本容易組裝 r, 5 D! y* V7 x1 , y整體塑封適用于大批量生產(chǎn)4 g/ S# 0 x( m3 f) a! kCOB封裝裸芯片和表面貼裝元件封裝在一起b/ & M) x! - o8 N7 b j( N金屬封裝耐惡劣環(huán)境。封裝成本高8 z0 W 9 x q7 # ( t陶瓷封裝高性能封裝. l W, X# i8 D% h2 T南通富士通低成本MCM采用的就是適用于大批量生產(chǎn)的整體塑封方法。; B% A) K% 2.3.6 MCM的測(cè)試一般來(lái)講，MCM的測(cè)試費(fèi)用約占MCM總成本的三分之一(芯片成本和組裝成本也各占三分之一，但低成本的MCM可能例外)。高測(cè)試費(fèi)用提醒設(shè)計(jì)者在做設(shè)計(jì)決策時(shí)必須仔細(xì)考慮測(cè)試問(wèn)題。一種新設(shè)計(jì)的MCM所要進(jìn)行的測(cè)試比一種成熟的MCM測(cè)試更為復(fù)雜。* I+ ( 0 X5 |) p+ ?, . MCM對(duì)測(cè)試工程師提出了新的獨(dú)特問(wèn)題，這些問(wèn)題正是MCM測(cè)試遇到的最大挑戰(zhàn)。MCM測(cè)試的復(fù)雜性大于單芯片集成電路，MCM測(cè)試不可能與以往集成電路采用相同的測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備。圖6是MCM需要的測(cè)試流程。裸芯片需要用探針臺(tái)測(cè)試，因此現(xiàn)在可以向封裝廠提供良品單芯片(KGD)或高可靠芯片(例如封裝良品率99.9以上)來(lái)提高在封裝、老化和環(huán)境試驗(yàn)以后的成品率，這對(duì)大批量生產(chǎn)MCM尤其重要。2.4 3D封裝技術(shù)2.4.1 3D封裝得趨勢(shì)和發(fā)展3D系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的發(fā)展藍(lán)圖已經(jīng)由第一代的射頻模塊(基于一個(gè)無(wú)源平臺(tái))衍變到了新一代的版本。預(yù)計(jì)第三代和第四代將會(huì)是該技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這些產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)過(guò)孔(via)與裸片的良好連接，無(wú)論是嵌在無(wú)源平臺(tái)裸片的頂部還是底部。 過(guò)孔是在硅晶圓上所開的絕緣洞，通過(guò)擴(kuò)散阻隔柵、植入襯墊及導(dǎo)體材料（通常使用銅）來(lái)填充。性能良好的過(guò)孔提供了許多功能：射頻信號(hào)傳輸、接地、熱能消散，以及不同傾斜尺寸的再分配。如有源裸片可能是深亞微米級(jí)的裸片，MEMS裸片通常沒(méi)有明確的尺寸。三維系統(tǒng)集成的技術(shù)需求包括優(yōu)質(zhì)精確的薄晶圓的處理，以及TSV的形成過(guò)程，諸如深過(guò)孔蝕刻、深過(guò)孔介質(zhì)絕緣，以及深過(guò)孔金屬填充。最后，必需包括鍵合及晶圓級(jí)裝配工藝2.4.2 工藝過(guò)程所有晶圓級(jí)堆疊方法的核心工藝過(guò)程是硅通孔的制造，以及處理和裝配薄化的器件裝配能。夠以晶圓到晶圓（W2W）或者芯片到晶片（C2W）的鍵合方式完成。晶圓到晶圓的方法面臨著良率的挑戰(zhàn)，舉例說(shuō)明，假如晶圓上不合格的裸片被鍵合到另一個(gè)晶圓上的合格裸片上，那么就無(wú)法通過(guò)。另外，如果兩個(gè)晶圓上的兩個(gè)芯片類型尺寸不同或者有步進(jìn)重復(fù)值，那么這一方法也是行不通的。因此， Fraunhofer 研究所著眼于芯片到晶圓的裝配，可以逐個(gè)芯片進(jìn)行，也可以在一個(gè)步驟中，通過(guò)利用之前傳輸器件的臨時(shí)裝載裝置并行鍵合所有芯片。2.4.3 薄晶圓的處理對(duì)于薄晶圓的處理，德國(guó)的弗朗霍夫研究所（IZM）支持兩個(gè)主要的理念。第一個(gè)理念是在處理的晶圓上使用聚酰亞胺、苯丙環(huán)丁烯（BCB）或者環(huán)氧化物進(jìn)行臨時(shí)鍵合，該方法允許更高的晶圓背面溫度。但是缺點(diǎn)是這些聚合物材料難以去除。第二個(gè)理念是利用熱塑性塑料進(jìn)行鍵合，這種鍵合允許的晶圓背面處理溫度較低，但是其材質(zhì)很容易被去除。另外還有一個(gè)理念是利用靜電卡盤夾緊薄晶圓。這一方法涉及到在薄化的晶圓上加裝電極結(jié)構(gòu)的晶圓。通過(guò)為承載晶圓上的電極結(jié)構(gòu)充電，用所產(chǎn)生的靜電力從承載晶圓的頂部開始鍵合薄化晶圓。在硅材料置于卡盤的情況下，用戶能夠從著名的硅機(jī)械參數(shù)中獲益，并且能夠與前端的設(shè)備和技術(shù)完全兼容。同時(shí)，它具備高達(dá)16個(gè)小時(shí)的固定時(shí)間，并且能夠完成薄晶圓背面的處理，如等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積（PECVD）以及濕式處理法。在完成晶圓背面處理之后，via過(guò)孔在被完全處理過(guò)的器件晶圓里被蝕刻。然后，via過(guò)孔被填充、加工成晶圓頂部所需的互聯(lián)層，比如鋅銅合金(通過(guò)固體-液體互擴(kuò)散形成)，或者鋅銀合金的微型凸塊。這一步驟發(fā)生在鍵合臨時(shí)的承載晶圓之后，通過(guò)薄化絕緣和背面布線進(jìn)行晶圓背面的加工。蝕刻利用Bosch工藝DRIE蝕刻的典型的過(guò)孔直徑在1微米到40微米之間，深度在16微米至超過(guò)70微米之間。關(guān)于晶圓前面via過(guò)孔的后CMOS處理的一個(gè)重要因素，是在蝕刻硅材料之前，要蝕刻貫穿所有的背面層間介電層。這也就意味著干蝕刻工藝過(guò)程將會(huì)由于供應(yīng)商到供應(yīng)商的不同而變化，所以蝕刻工藝過(guò)程必須適合于不類同型的晶圓。過(guò)孔有很多不同的方法能夠應(yīng)用于TSV的金屬填充。對(duì)于小型尺寸的via過(guò)孔，可以用鎢金屬的化學(xué)氣相沉積（W CVD）或者銅金屬的化學(xué)氣相沉積填充（Cu CVD）。對(duì)于中型尺寸的via過(guò)孔，在銅化學(xué)電鍍后，利用化學(xué)氣相沉積植入層。對(duì)于大型尺寸的via過(guò)孔，用銅化學(xué)電鍍后選擇利用濺鍍來(lái)植入層。TSV的熱機(jī)械仿真與特征表征對(duì)于鑒別能夠決定TSV最終的應(yīng)力-應(yīng)變平衡的關(guān)鍵工藝和參數(shù)是至關(guān)重要的。比如，與鎢相比，通過(guò)在via過(guò)孔中間增加應(yīng)力，銅的CVD填充會(huì)降低TSV上部和下部的應(yīng)力。因此，關(guān)于匹配設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程，以及可靠性的一系列研究活動(dòng)正在進(jìn)行中，不僅面向TSV，同時(shí)也面向整個(gè)堆疊的結(jié)構(gòu)。金屬鍵合三維整合互連的各種方法包括直接氧化物鍵合（或者叫粘接鍵合）以及弗朗霍夫研究所首選的方法直接金屬鍵合。在直接金屬鍵合方法中，電鍍銅在一個(gè)器件襯