一文詳解電子微組裝封裝

電子微組裝封裝技術，是用于電子元器件、電子微組裝組件（HIC、MCM、SiP等）內部電互連和外部保護性封裝的重要技術。

在電子器件的生產中，電子產品體積的70%～99%由封裝手段決定；封裝成本占產品成本的30%～80%；超過50%的產品失效與封裝有關；60%以上的熱阻源于封裝；50%以上的信號延遲源于封裝；電子器件50%以上的電阻源于封裝。

一、定義

美國喬治亞理工學院的Rao R. Tummala等在“微電子封裝手冊”中將微電子封裝定義為：將一定功能的集成電路芯片，放置到一個與之相應的外殼容器中，為芯片提供一個穩定可靠的工作環境。

二、功能

電子微組裝封裝安裝的微組裝技術和實現局部微區電互連的微互連技術，如芯片焊料焊接或燒結、元件有機膠黏結等微組裝，絲鍵合、基板互連通孔、硅基板TSV等電連接的微互連；組件封裝技術指組件外部保護性封裝技術。

電子微組裝封裝技術是在電子器件傳統封裝技術上發展起來的，也稱微電子封裝技術，它不僅包含傳統的封裝技術，更拓展了高密度組裝和封裝技術。在微組裝組件中單片集成電路、IC芯片功能的實現，要靠連接引出信號，即靠封裝組成半導體器件，因此，封裝不僅是IC支撐、保護的必要條件，也是其功能實現的組成部分，沒有封裝的芯片無法正常工作。

采用電子微組裝封裝技術的電子微組裝組件，其組裝和封裝應具備以下四種功能[3]。

1. 電源分配。微組裝組件的封裝結構首先為芯片接通電源，使電流流通。其次，根據組件內部器件不同部位所需電源不同的原理，能合理地為不同部位提供合理的電源分配，包括地線的分配問題，以減少電源的不必要損耗，這在組件的多層布線基板上尤為重要。

2. 信號分配。為盡可能減小電信號的延遲，在布線時要盡可能使信號線與芯片的互連路徑及通過封裝的I/O引出路徑達到最短。對于高頻信號，還要考慮信號間的串擾，以進行合理的信號分配布線和接地線分配。

3. 散熱通道。各種微電子封裝都要考慮器件、部件長期工作時如何將聚集的熱量散出的問題。不同的微組裝封裝結構和材料具有不同的散熱效果，對于大功耗的微電子封裝，還要考慮附加熱沉或使用強迫風冷、水冷的方式，以保證系統在使用溫度要求范圍內正常工作。

4. 機械支撐和環境保護。微組裝組件的組裝封裝結構為器件芯片和其他元件提供可靠的機械支撐，并且能夠適應熱、機械、潮濕等環境及環境應力的變化。微組裝組件在試驗和使用過程中，各種環境因素可能為半導體器件的穩定性、可靠性帶來很大影響，所以微組裝和封裝結構還應為內部芯片和元件提供可靠的環境保護功能。

三、分級

根據電子行業的定義，微電子封裝依照制作工藝、流程和系統結構的不同，可以分為四個不同層次的分級，典型的微電子封裝分級如圖1所示。

圖1 典型的微電子封裝分級

由圖1可知，〇級封裝被定義為在圓片上的制作過程，如IC制造、倒裝芯片（Flip Chip）的凸點形成等；也有將〇級封裝泛指未加封裝的裸芯片，芯片由半導體廠商提供，分兩大類，一類是標準系列化芯片，另一類是針對系統用戶特殊要求的專用芯片。

一級微封裝又稱為芯片級封裝（簡稱一級封裝），即采用微組裝微互連技術和外殼封裝技術將單芯片或多芯片封裝在一個包封和氣密封裝腔體內，是目前微電子封裝的主體。一級封裝著重于將單個器件或多個元器件封裝起來，而所涉及的封裝形式則有很多，其封裝類型如圖2所示。一般來說，常根據芯片數量把一級封裝簡單分為單芯片封裝和多芯片封裝兩大類。

前者是對單個裸芯片進行封裝；后者則是將多個裸芯片或尺寸封裝芯片搭載于多層基板上進行封裝。一級封裝的典型產品：分立電子器件、混合集成電路、多芯片組件和SiP組件。

圖2 一級微電子封裝的分類

二級微電子封裝又稱板級封裝（簡稱二級封裝），即采用表面貼裝技術（Surface Mount Techology, SMT）等技術將帶封裝的分立元器件組裝到基板上（PCB或其他布線基板）。二級封裝以SMT為主體，通過一系列構成板卡的裝配工序，將多個完成一級封裝的單芯片封裝或多芯片組件，安裝在PCB等多層基板上，也有將裸芯片直接安裝在PCB上形成的組件，基板周邊設有插接端子，用于與母板及其他板卡的電氣連接。常見的計算機主板生產就屬于二級封裝的范疇。二級封裝的典型產品：混合微電路或多芯片模塊。

三級微電子封裝又稱單元組裝，即采用插卡或插座技術將多個二級封裝的板卡通過插接端子，搭載在稱為母板的大型PCB上，構成單元組件，形成密度更高、功能更多、更復雜的三維立體封裝單元產品。傳統的三級封裝的典型產品：柜式組件單元和印制線路組件。

由于導線和導電帶與芯片間鍵合焊接技術的大量應用，一級、二級封裝技術之間的界限已經模糊了。國內基本上把〇級和一級封裝形式稱為封裝，一般在元器件研制和生產單位完成。把相對應國際統稱的二級和三級封裝形式稱為電子組裝。微電子封裝不但直接影響著電路本身的電性能、機械性能、光性能和熱性能，還在很大程度上決定著電子整機系統的小型化、多功能化、可靠性和成本。