微电子控制机电设备在工业中的实际应用论述

1.微电子封装技术概述 通常所讲的微电子封装技术主要是运用一些特种材料对半导体继承电路芯 片进行固定、封装、保护，同时应预留芯片引脚接点。由此可见，微电子封装 技术主要提供的功能大致包括如下几个方面，首先，应对芯片电路等提供机械 保护，有效的避免由于机械碰撞带来的元器件损害，同时应保障其电磁环境的 稳定性，使得所封装的芯片电路在一定程度上不受外界环境的影响；其次，应 保障信号和电流的通路，电流是芯片运转的必须，而芯片作用的发挥应保障其 引脚信号的输入输出通畅；再次，随着高频芯片的发展，散热问题成为微电子 封装技术必须考虑的功能之一，尤其是一些数据处理的 CPU 芯片和图形处理芯 片，散热成为其发挥稳定功能的必要环境支撑。 微电子封装根据封装的器件层级大致划分为零级封装（主要指电路元件和 基本器件等）、一级封装（集成电路芯片和芯片附件进行组合封装，形成具有 一定功能的组件）、二级封装（在印刷电路板或其他基板上进行多芯片和多元 件的组装）。 近年来，微电子封装技术伴随着新型材料技术以及电子工业的发展，在封 装成本的收缩性、封装的可靠性、新材料的运用、电源和信号的分配等方面都 有了很大的提升，使得微电子领域迈入了一个崭新的高度，下文将通过简单介 绍一些典型的新型微电子封装技术（BGA、CSP、3D 封装等），来探讨微电子 封装技术的特点。 2.几种典型的新型微电子封装技术介绍 2.1BGA 封装技术 BGA(BallGridArray),中文全称是焊球阵列封装，BGA 技术诞生于上世纪 90 年代，技术成熟度较高。BGA 封装主要是将 I/O 端与基板通过球柱形焊点阵列 进行封装，通常作为表面固定来使用。BGA 封装技术有诸多优点，如，阵列密 度高、电性能较高，封装的可靠性好、组装成品率高等。根据 BGA 基板材料的 不同选用，又可细分为塑料焊球阵列、陶瓷焊球阵列、金属焊球阵列等。需要 提及的是，装芯片焊球阵列封装作为较为复杂的 BGA 封装技术是未来 BGA 发 展的方向。 2.2CSP 封装技术 CSP(ChipScalePackage)中文全称芯片尺寸封装，同样诞生于上世纪 90 年 代，CSP 封装技术标准主要依据内核与封装面积比例的大小（小于或者等于 1:1.2)。CSP 为计算机小型化、微型化以及可携带性的提供了技术基础。芯片级 封装的技术优点主要体现在，微型化；良好的电性能；封装密度；为测试和维 修更换带来了较大便利等。目前全球各类芯片级的封装产品达到上百种，另外 WLCSP(圆片级封装）是目前各类 1C 公司在封装技术发展和研宄的热点。 2.33D 封装技术 3D 封装技术也称为三维封装。主要是应对微电子高密度立体式的组装，伴 随着移动互联网的发展，手持设备需求量的几何式增长，多个芯片组立体式的 封装需求 推动着三维封装的极速发展。三维封装的技术优点主要是：更高密度 的封装、电性能热性能更为突出、所支撑的功能性极大的丰富、封装高可靠性 等。 限于篇幅的原因，文章选取了几个具有代表性微电子封装技术，进行了简 要的介绍，微电子封装技术远不止上文所述，分类特点也是极其丰富的。 3.新型微电子封装技术特点分析 3.1 高密度的封装 伴随着薄膜、嵌入等工艺的发展，结合元器件外贴技术的不断成熟，高密 度封装是新型微电子技术发展的特点之一。高密度封装使得电路芯片在功能性 发挥、小微型化的发展、元器件可靠性的提升方面都有着发挥着重要的作用。 高密度的封装特性无论是对 BGA 封装技术的提升，还是进一步提升 CSP 标准的 芯片级别的封装还是随着立体式的综合性 3D 微电子封装技术都有着重要的意 义。缺乏了高密度特性的保障，大规模集成超大规模集成电路，电路芯片封装 技术将变得毫无意义。 3.2 功能特性封装技术的发展 功能特性强也是各类新型微电子封装技术发展一大特点。正如上文所述的 BGA 封装技术，作为主流封装技术，以其价格优势、性能优势以及通用性的优 势，在传统的微电子封装领域扮演者举足轻重的作用；而作为芯片级封装技术 标准的 CSP,则在快速存储器领域、逻辑电路封装领域的运用方面发挥着更加重 要的作用，同时 MCM 封装技术的高性能、高可靠性功能特性，也对于如今炙 手可热的移动设备发展有着重要的推动作用；3D 封装是将随着其工艺水平的逐 渐成熟，有望成为最具潜力的封装技术。除此之外，各类封装技术除了各自功 能特性分离以外，相互交叉融合的趋势也表现的越来越明显。 3.3 多元化封装材料发展 微电子技术依托材料工程的进步，从陶瓷、金属、塑料发展到复合材料的 综合运用，封装成本以及封装的可控性也越来越有效，为大规模生产提供了材 料技术支持，例如，BGA 封装技术根据基板材料不同，发展而来的技术就有塑 料焊球阵列，陶瓷焊球阵列、金属焊球阵列以及相对复杂的倒装芯片焊球阵列 等，促进了封装技术在可靠性以及经济效益的平衡。因此，随着材料技术、薄 膜工艺、嵌入水平等各项封装技术的发展，多元化封装材料也是微电子封装的 一大特点。 3.4 立体式封装技术的发展 3D 封装技术的发展使得新型微电子封装技术在立体封装和系统集成封装这 两方面的特点表现的更为突出。近几年来移动便携设备在丰富功能与减薄封装 厚度的需求驱动下，立体式和系统集成性有了长足的进步，发展前景可观，立 体式和系统集成性的封装技术将封装空间、设备性能综合工艺、设备可靠性以 及封装性价比等进行有效整合，达到规模化生产的标准。促进新型微电子封装 技术的快速发展。 4.小结 本文从微电子封装技术的相关概念谈起，通过简要介绍几种典型新型微电 子封装技术来分析新型微电子封装技术特点，即高密度、功能特性、多元化封 装材料、立体式封装四个方面的特点。相信伴随着相关工艺技术的成熟、材料 技术的不断发展，微电子封装技术会迈上崭新的台阶。 李 磊 （四川九洲空管科技 有限责任公司）