集成电路封装的发展趋势

发布网友 发布时间：2022-04-19 23:48

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热心网友 时间：2023-09-06 14:49

在较长一段时期内，集成电路封装几乎没有多大变化，6～64根引线的扁平和双列式封装，基本上可以满足所有集成电路的需要。对于较高功率的集成电路，则普遍采用金属圆形和菱形封装。但是随着集成电路的迅速发展，多于64，甚至多达几百条引线的集成电路愈来愈多。如日本40亿次运算速度的巨型计算机用一块ECL．复合电路，就采用了462条引线的PGA。过去的封装形式不仅引线数已逐渐不能满足需要，而且也因结构上的局限而往往影响器件的电性能。同时，整机制造也正在努力增加印制线路板的组装密度、减小整机尺寸来提高整机性能，这也迫使集成电路去研制新的封装结构，新的封装材料来适应这一新的形势。因此，集成电路封装的发展趋势大体有以下几个方面：
1．表面安装式封装将成为集成电路封装主流 集成电路的表面安装结构是适应整机系统的需要而发展起来的，主要是因为电子设备的小型化和轻量化，要求组装整机的电子元器件外形结构成为片式，使其能平贴在预先印有焊料膏的印制线路板焊盘上，通过再流焊工艺将其焊接牢固。这种作法不仅能够缩小电子设备的体积，减轻重量，而且这些元器件的引线很短，可以提高组装速度和产品性能，并使组装能够柔性自动化。
表面安装式封装一般指片式载体封装、小外形双列封装和四面引出扁平封装等形式，这类封装的出现，无疑是集成电路封装技术的一大进步。
2．集成电路封装将具有更多引线、更小体积和更高封装密度
随着超大规模和特大规模集成电路的问世，集成电路芯片变得越来越大，其面积可达7mm×7mm，封装引出端可在数百个以上，并要求高速度、超高频、低功耗、抗辐照，这就要求封装必须具有低应力、高纯度、高导热和小的引线电阻、分布电容和寄生电感，以适应更多引线、更小体积和更高封装密度的要求。
要想缩小封装体积，增加引线数量．唯一的办法就是缩小封装的引线间距。一个40线的双列式封装要比68线的H式载体封装的表面积大20%，其主要区别就是引线目距由2.54mm改变自1.27mm或1.00cmm。不难想像，如果引线间距进而改变为0.80mm，O.65mm甚至0 50mm，则封装的表面积还会太大地缩小。但是为了缩小引线间距，这势必带来了一系列新的目题，如印线精密制造就必须用光致腐蚀的蚀刻工艺来代替机械模具的冲制加工，并必须解决引线间距缩小所引起的引线间绝缘电阻的降低和分步电容的增大等各个方面研究课题。
集成电路芯片面积增大，通常其相应封装面积也在加大，这就对热耗散问题提出了新的挑战。这个问题是一个综台性的，它不仅与芯片功率、封装材料、封装结构的表面积和最高结温有关，还与环境温度和冷玲方式等有关，这就必须在材料的选择、结构的设计和冷却的手段等方面作出新的努力。
3.塑料封装仍然是集成自路的主要封装形式
塑料模塑封装具有成本低、工艺简单和便于自动化生产等优点，虽然在军用集成电路标准中明文规定，封装结构整体不得使用任何有机聚合物材料，但是在集成电路总量中，仍有85%以上采用塑料封装。
塑料封装与其他封装相比，其缺点主要是它属于非气密或半气密封装，所以抗潮湿性能差，易受离子污染；同时热稳定性也不好，对电磁波不能屏蔽等，因而对于高可靠的集成电路不宜选用这种封装形式。但是近几年来，塑料封装的模塑材料、引线框架和生产工艺已经不断完善和改进，可靠性也已大大提高，相信在这个基础上，所占封装比例还会继续增大。
4.直接粘结式封装将取得更大发展
集成电路的封装经过插入式、表面安装式的变革以后，一种新的封装结构—直接粘结式已经经过研制、试用达到了具有商品化的价值，并且取得了更大的发展，据国际上预测，直接粘结式封装在集成电路中所占比重将从1990年的8%上升至2000年的22%，这一迅速上升的势头，说明了直接粘结式封装的优点和潜力。
所谓直接粘结式封装就是将集成电路芯片直接粘结在印制线路板或覆有金属引线的塑料薄膜的条带上，通过倒装压焊等组装工艺，然后用有机树脂点滴形加以覆盖。当前比较典型的封装结构有芯片板式封装（COB）、载带自动焊接封装（TAB）和倒装芯片封转（FLIPCHIP）等树种，而其中COB封装和TAB封装已经大量使用于音乐、语音、钟表程控和照相机快门等直接电路。
直接粘结式封装其所以能够迅速发展，最重要的因素是它能适用于多引线、小间距、低成本的大规模自动化或半自动化生产，并且简化了封装结构和组装工艺。例如COB封装不再使用过去的封装所必需的金属外引线；TAB封装采用倒装压焊而不再使用组装工艺必须的内引线键合。这样，一方面减少了键合的工作量，另一方面因减少引线的压焊点数而提高了集成电路的可靠性。
在中国COB封装已经大量生产，而TAB封装尚处于开发阶段，相信在今后的集成电路中，这类封装会占据一定的地位和取得更大的发展。
5. 功率集成电路封装小型化已成为可能
功率集成电路的封装结构，受封装材料的导热性能影响，造成封装体积较大而与其他集成电路不相匹配，已成为人们关注的问题之一，而关键所在是如何采用新的封装材料。
功率集成电路所用的封装材料，不仅要求其导热性能好，而且也要求线膨胀系数低，并具备良好的电气性能和机械性能。随着科学的进步，一些新的材料已经开始应用到集成电路方面来，如导热性能接近氧化铍（BeO）线膨胀系数接近硅（Si）的新陶瓷材料—氮化铝（AlN），将成为功率集成电路封装结构的主体材料，从而大大地缩小了体积和改善了电路的性能，相信将来还会有更多的新材料参与到这一领域中来，使功率集成电路能进一步缩小体积。
另外，采用氟利昂小型制冷系统对功率集成电路进行强制冷却，以降低其表面环境温度来解决封装的功耗，已在一些大型计算机中得到实现。这样在改变封装结构的外形设计、使用新的封装材料的同时，再改善外部冷却条件，那么集成电路的热性能就可取得更大的改善。