集成電路封裝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1、 序號(hào)：39集成電路封裝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)姓名：張榮辰學(xué)號(hào)級(jí)：電科本1303科目：微電子學(xué)概論二一五年 12 月13 日集成電路封裝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)摘要：隨著全球集成電路行業(yè)的不斷發(fā)展，集成度越來(lái)越高，芯片的尺寸不斷縮小，集成電路封裝技術(shù)也在不斷地向前發(fā)展，封裝產(chǎn)業(yè)也在不斷更新?lián)Q代。 我國(guó)集成電路行業(yè)起步較晚，國(guó)家大力促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和人才培養(yǎng)，重點(diǎn)扶持科學(xué)技術(shù)改革和創(chuàng)新，集成電路行業(yè)發(fā)展迅猛。而集成電路芯片的封裝作為集成電路制造的重要環(huán)節(jié)，集成電路芯片封裝業(yè)同樣發(fā)展迅猛。得益于我國(guó)的地緣和成本優(yōu)勢(shì)，依靠廣大市場(chǎng)潛力和人才發(fā)展，集成電路封裝在我國(guó)擁有得天獨(dú)厚的發(fā)展條件，已成

2、為我國(guó)集成電路行業(yè)重要的組成部分，我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的就是集成電路封裝。近年來(lái)國(guó)外半導(dǎo)體公司也向中國(guó)轉(zhuǎn)移封裝測(cè)試產(chǎn)能，我國(guó)的集成電路封裝發(fā)展具有巨大的潛力。下面就集成電路封裝的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：集成電路封裝、封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、集成電路封裝發(fā)展趨勢(shì)。一、引言晶體管的問(wèn)世和集成電路芯片的出現(xiàn)，改寫(xiě)了電子工程的歷史。這些半導(dǎo)體元器件的性能高，并且多功能、多規(guī)格。但是這些元器件也有細(xì)小易碎的缺點(diǎn)。為了充分發(fā)揮半導(dǎo)體元器件的功能，需要對(duì)其進(jìn)行密封、擴(kuò)大，以實(shí)現(xiàn)與外電路可靠的電氣連接并得到有效的機(jī)械、絕緣等方面的保護(hù)，防止外力或環(huán)境因素導(dǎo)致的破壞?！胺庋b”的概念正事在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。二、

3、集成電路封裝的概述集成電路芯片封裝（Packaging，PKG）是指利用膜技術(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，將芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連線，引出接線端并通過(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(chēng)為狹義的封裝。集成電路封裝的目的，在于保護(hù)芯片不受或少受外界環(huán)境的影響，并為之提供一個(gè)良好的工作條件，以使集成電路具有穩(wěn)定、正常的功能。封裝為芯片提供了一種保護(hù)，人們平時(shí)所看到的電子設(shè)備如計(jì)算機(jī)、家用電器、通信設(shè)備等中的集成電路芯片都是封裝好的，沒(méi)有封裝的集成電路芯片一般是不能直接使用的。集成電路封裝的種類(lèi)按照外形、尺寸、結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為引腳插入型、貼片型和高級(jí)封裝。引腳插入型有D

4、IP、SIP、S-DIP、SK-DIP、PGADIP：雙列直插式封裝；引腳在芯片兩側(cè)排列，引腳節(jié)距2.54mm，有利于散熱，電氣性好。SIP：?jiǎn)瘟兄辈迨椒庋b；引腳在芯片單側(cè)排列，引腳節(jié)距等特征與DIP基本相同。S-DIP：收縮雙列直插式封裝；該類(lèi)型的引腳在芯片兩側(cè)排放，引腳節(jié)距為1.778mm，芯片集成度高于DIP。SK-DIP：窄型雙列直插式封裝；芯片的寬度是DIP的二分之一，其他特征與DIP相同。PGA：針柵陣列插入式封裝；封裝底面垂直陣列布置引腳插腳，插腳節(jié)距為2.54mm或1.27mm，插腳數(shù)可達(dá)數(shù)百腳。用于高速且大規(guī)模或超大規(guī)模的集成電路。貼片型有SOP、TSOP-1、TSOP-2、

5、SSOP、QFP、SOJ、PLCC等。SOP：最常用的貼片器件。標(biāo)稱(chēng)尺寸分為：150mil、225mil、300mil、450mil、525mil、600mil。常用的有150mil、300mil、450mil。腳間距均為1.27mm，引腳數(shù)<16時(shí)其標(biāo)稱(chēng)尺寸一般為150mil，引腳數(shù)=20時(shí)其標(biāo)稱(chēng)尺寸分為225mil和300mil兩種。寬度為225mil的俗稱(chēng)窄體，寬度為300mil的俗稱(chēng)寬體。TSOP-1：標(biāo)稱(chēng)尺寸不做要求，腳間距為0.65mm和0.80mm兩種。該封裝厚度較薄，多用于空間較小的場(chǎng)合。TSOP-2：標(biāo)稱(chēng)尺寸分為300mil、400mil、500mil、550mil。腳

6、間距分為0.65mm、0.80mm、1.27mm。SSOP：標(biāo)稱(chēng)尺寸分為175mil、225mil、300mil、375mil、525mil。腳間距分為0.65mm、0.80mm、1.27mm。該封裝體積小，多適用于空間較小的場(chǎng)合。SOJ：標(biāo)稱(chēng)尺寸分為300mil和400mil兩種，一般多選用300mil。腳間距均為1.27mm。PLCC：外型為方型，所以沒(méi)有標(biāo)稱(chēng)尺寸可分。腳間距均為1.27mm。引腳數(shù)分為24、28、32、44、52、68、84。QFP：按器件厚度不同衍生出LQFP、TQFP、MQFP。其腳間距分為0.40mm、0.65mm、0.80mm、1.00mm、1.27mm。引腳數(shù)可

7、大至240腳，多用于超大規(guī)模集成電路的封裝。BGA：外型為方型，引腳為針刺矩陣排列。腳間距為1.27mm，多用于軍工級(jí)器件上。SOT-23：引腳數(shù)較少，最多6腳，屬于微型封裝器件。多用于二、三極管的封裝。高級(jí)封裝有：柔性基片CSP，硬質(zhì)基片CSP，引線框架CSP，圓片級(jí)CSP，疊層CSP。柔性基片CSP：柔性基片CSP的IC載體基片是柔性材料制成的，主要是塑料薄膜。在薄膜上制作有多層金屬布線。采用TAB鍵合的CSP，使用周邊焊盤(pán)芯片。硬質(zhì)基片CSP：硬質(zhì)基片CSP的IC載體基片是用多層陶瓷或多層布線層壓樹(shù)脂板制成的。引線框架CSP：引線框架CSP，使用類(lèi)似常規(guī)塑封電路的引線框架，它的尺寸大小，

8、厚度薄，并且它的指狀焊盤(pán)伸入到芯片內(nèi)部區(qū)域。引線框架CSP多采用引線鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片焊盤(pán)與引線框架CSP焊盤(pán)的連接。圓片級(jí)CSP：圓片級(jí)CSP先是在圓片上進(jìn)行封裝，并以圓片的形式進(jìn)行測(cè)試，老化篩選，其后再將圓片分割成單一的CSP電路。疊層CSP：把兩個(gè)或兩個(gè)以上芯片重疊粘附在一個(gè)基片上，再封裝起來(lái)而構(gòu)成的。三、集成電路封裝業(yè)發(fā)展?fàn)顩r在集成電路產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)和技術(shù)的推動(dòng)下，集成電路封裝技術(shù)不斷發(fā)展，大體經(jīng)歷以下三個(gè)技術(shù)階段的發(fā)展過(guò)程：第一階段是1980年之前以為代表的通孔插裝(THD)時(shí)代。這個(gè)階段技術(shù)特點(diǎn)是插孔安裝到PCB上，主要技術(shù)代表包括TO(三極管)和DIP(雙列直插封裝)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)實(shí)、可靠、

9、散熱好、功耗大，缺點(diǎn)是功能較少，封裝密度及引腳數(shù)難以提高，難以滿(mǎn)足高效自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。第二階段是1980年代開(kāi)始的表面貼裝(SMT)時(shí)代，該階段技術(shù)的主要特點(diǎn)是引線代替針腳，由于引線為翼形或丁形，從兩邊或四邊引出，較THD插裝形式可大大提高引腳數(shù)和組裝密度。最早出現(xiàn)的表面貼裝類(lèi)型以?xún)蛇吇蛩倪呉€封裝為主，主要技術(shù)代表包括SOT(小外形晶體管)、SOP(小外形封裝)、QFP(翼型四方扁平封裝)等。采用該類(lèi)技術(shù)封裝后的電路產(chǎn)品輕、薄、小，提升了電路性能。性?xún)r(jià)比高，是當(dāng)前市場(chǎng)的主流封裝類(lèi)型。在電子產(chǎn)品趨小型化、多功能化需求驅(qū)動(dòng)下，20世紀(jì)末期開(kāi)始出現(xiàn)以焊球代替引線、按面積陣列形式分布的表面貼裝技術(shù)

10、。這種封裝的I/O是以置球技術(shù)以及其它工藝把金屬焊球(凸點(diǎn))矩陣式的分布在基板底部，以實(shí)現(xiàn)芯片與PCB板等的外部連接。該階段主要的封裝形式包括球狀柵格陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、晶圓級(jí)芯片封裝(WLP)、多芯片封裝(MCP)等。BGA等技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，解決了多功能、高集成度、高速低功耗、多引線集成電路電路芯片的封裝問(wèn)題。第三階段是21世紀(jì)初開(kāi)始的高密度封裝時(shí)代。隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向小型化和多功能化發(fā)展，依靠減小特征尺寸來(lái)不斷提高集成度的方式因?yàn)樘卣鞒叽缭絹?lái)越小而逐漸接近極限，以3D堆疊、TSV(硅穿孔)為代表的三維封裝技術(shù)成為繼續(xù)延續(xù)摩爾定律的最佳選擇。其中3D堆疊技術(shù)是把不同

11、功能的芯片或結(jié)構(gòu)，通過(guò)堆疊技術(shù)，使其在Z軸方向上形成立體集成和信號(hào)連通以及圓片級(jí)、芯片級(jí)、硅帽封裝等封裝和可靠性技術(shù)為目標(biāo)的三維立體堆疊加工技術(shù)，用于微系統(tǒng)集成。TSV是通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)。與以往IC封裝鍵合和使用凸點(diǎn)的疊加技術(shù)不同，三維封裝技術(shù)能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。為了在允許的成本范圍內(nèi)跟上摩爾定律的步伐，在主流器件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中采用三維互聯(lián)技術(shù)將會(huì)成為必然。目前，全球集成電路封裝技術(shù)的主流正處在第二階段，3D疊裝、TSV等三維封裝技術(shù)還處于研發(fā)中，僅少數(shù)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)如三星

12、、長(zhǎng)電科技等在某些特殊領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)少量應(yīng)用。我國(guó)的集成電路行業(yè)起步比較晚，但是一直對(duì)科技發(fā)展比較重視，所以大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)和培養(yǎng)人才。我國(guó)的集成電路行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是集成電路的重要環(huán)節(jié)，集成電路封裝行業(yè)發(fā)展尤為迅速。集成電路封裝的發(fā)展在我國(guó)擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，依靠的是我國(guó)廣大的市場(chǎng)潛力和人才發(fā)展。集成電路封裝已經(jīng)成為我國(guó)集成電路行業(yè)的重要組成部分，我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的就是集成電路封裝。近年來(lái)國(guó)外半導(dǎo)體公司也向中國(guó)轉(zhuǎn)移封裝測(cè)試產(chǎn)能，我國(guó)的集成電路封裝具有巨大的發(fā)展?jié)撃?。最初的集成電路封測(cè)業(yè)，在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中，相對(duì)技術(shù)和資金門(mén)檻較低，屬于產(chǎn)業(yè)鏈中的“勞動(dòng)密集型”。由于我國(guó)發(fā)展集成電路封裝業(yè)具有成本和市場(chǎng)

13、地緣優(yōu)勢(shì)，封測(cè)業(yè)相對(duì)發(fā)展較早。在國(guó)發(fā)200018號(hào)鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策頒布以后，在優(yōu)惠政策鼓勵(lì)和政府資金支持下，外資(包括臺(tái)資、港資)企業(yè)在中國(guó)設(shè)廠、海外歸國(guó)留學(xué)人員紛紛回國(guó)創(chuàng)辦企業(yè)，中資、民資大量投資集成電路企業(yè)，我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)、晶圓制造業(yè)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前我國(guó)已形成集成電路設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試三業(yè)并舉的發(fā)展格局，封測(cè)業(yè)的技術(shù)含量越來(lái)越高，在集成電路產(chǎn)品的成本中占比也日益增加。在我國(guó)目前的集成電路封裝市場(chǎng)中，DIP、SOP等傳統(tǒng)的封裝仍占我國(guó)市場(chǎng)的主體地位，約占百分之七十的市場(chǎng)份額；BGA、CSP、WLCSP等先進(jìn)的封裝技術(shù)只占到總產(chǎn)量的百分之二十。在200

14、1年到2010年之間，除了2008和2009年因?yàn)槿蚪鹑谑袌?chǎng)危機(jī)出現(xiàn)小幅度下滑之外，每年的增長(zhǎng)率都超過(guò)了百分之八。主要市場(chǎng)參與者包括大量的中小企業(yè)、部分技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)內(nèi)企業(yè)和合資企業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最為激烈。國(guó)內(nèi)一些中等規(guī)模的企業(yè)由于技術(shù)成熟，在一些封裝科技中進(jìn)行了科技創(chuàng)新，質(zhì)量管理和成本控制領(lǐng)先，經(jīng)濟(jì)效益較好，企業(yè)發(fā)展快。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)和圓晶制造業(yè)增速明顯加快，封測(cè)業(yè)增速相對(duì)緩慢，但封測(cè)業(yè)整體規(guī)模處于穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近幾年封測(cè)業(yè)銷(xiāo)售額增長(zhǎng)趨勢(shì)如下表示，從2013年起，銷(xiāo)售額已經(jīng)超過(guò)1000億元，2013年銷(xiāo)售額為1098.85億元，同比增長(zhǎng)6.1%。過(guò)去，國(guó)內(nèi)

15、企業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模落后于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的外資、合資企業(yè)，但隨著時(shí)間的推移，國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)水平發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模得到進(jìn)一步提升。業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)，長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技等三大國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)水平和海外基本同步，如銅制程技術(shù)、晶圓級(jí)封裝，3D堆疊封裝等。在量產(chǎn)規(guī)模上，BGA封裝在三大國(guó)內(nèi)封測(cè)企業(yè)都已經(jīng)批量出貨，WLP封裝也有億元級(jí)別的訂單，SIP系統(tǒng)級(jí)封裝的訂單量也在億元級(jí)別。長(zhǎng)電科技2013年已躋身全球第六大封測(cè)企業(yè)，排名較2012年前進(jìn)一位。其它企業(yè)也取得了很大發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)三大封測(cè)企業(yè)憑借資金、客戶(hù)服務(wù)和技術(shù)創(chuàng)新能力，已與業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的外資、合資企業(yè)一并位列我國(guó)封測(cè)業(yè)第一梯隊(duì);第二梯隊(duì)則是具

16、備一定技術(shù)創(chuàng)新能力、高速成長(zhǎng)的中等規(guī)模國(guó)內(nèi)企業(yè)，該類(lèi)企業(yè)專(zhuān)注于技術(shù)應(yīng)用和工藝創(chuàng)新，主要優(yōu)勢(shì)在低成本和高性?xún)r(jià)比;第三梯隊(duì)是技術(shù)和市場(chǎng)規(guī)模均較弱的小型企業(yè)，缺乏穩(wěn)定的銷(xiāo)售收入，但企業(yè)數(shù)量卻最多。為了降低生產(chǎn)成本，以及看重中國(guó)內(nèi)巨大且快速增長(zhǎng)的終端電子應(yīng)用市場(chǎng)，國(guó)際半導(dǎo)體制造商和封裝測(cè)試代工企業(yè)紛紛將其產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至中國(guó)，拉動(dòng)了中國(guó)半導(dǎo)體制封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大。目前，全球型IDM廠商和專(zhuān)業(yè)封裝代工廠大都在中國(guó)大陸建有生產(chǎn)基地，由此造成我國(guó)外資企業(yè)占比較高。同時(shí)，經(jīng)過(guò)多年的努力，國(guó)內(nèi)控股的封測(cè)企業(yè)得到了較快的發(fā)展，正在逐步縮小與國(guó)際廠商的技術(shù)、市場(chǎng)方面的差距。部分內(nèi)資封裝測(cè)試企業(yè)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)發(fā)行股票上市。

17、四、集成電路封裝的發(fā)展趨勢(shì)目前我國(guó)封測(cè)業(yè)正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。首先，國(guó)內(nèi)封測(cè)業(yè)已有了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，封裝技術(shù)已接近國(guó)際先進(jìn)水平，2013年我國(guó)集成電路封測(cè)業(yè)收入排名前10企業(yè)中，已有3家是國(guó)內(nèi)企業(yè)。近年來(lái)國(guó)家出臺(tái)的國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知(國(guó)發(fā)20114號(hào))，2014年6月國(guó)務(wù)院印發(fā)的國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要等有關(guān)政策文件，進(jìn)一步加大了對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的支持，國(guó)內(nèi)新興產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的拉動(dòng)，也促進(jìn)了集成電路產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。海思半導(dǎo)體、展訊、銳迪科微電子、大唐半導(dǎo)體設(shè)計(jì)有限公司等國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)企業(yè)的崛起將為國(guó)內(nèi)封測(cè)企業(yè)帶來(lái)更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。此外，由于全球經(jīng)濟(jì)恢復(fù)緩慢，

18、加上人力成本等諸多原因，國(guó)際半導(dǎo)體大公司產(chǎn)業(yè)布局正面臨大幅調(diào)整，關(guān)停轉(zhuǎn)讓下屬封測(cè)企業(yè)的動(dòng)作頻繁發(fā)生，如：日本松下集團(tuán)已將在印度尼西亞、馬來(lái)西亞、新加坡的3家半導(dǎo)體工廠出售。日本松下在中國(guó)上海和蘇州的封測(cè)企業(yè)也在尋求出售或合作伙伴。英特爾近期也表示，該公司將在2014年的二、三兩個(gè)季度內(nèi)，將已關(guān)閉工廠的部分業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移至英特爾位于中國(guó)等地現(xiàn)有的組裝和測(cè)試工廠中。歐美日半導(dǎo)體巨頭持續(xù)從封測(cè)領(lǐng)域退出，對(duì)國(guó)內(nèi)封測(cè)業(yè)的發(fā)展也非常有利。但是，國(guó)內(nèi)封測(cè)業(yè)的發(fā)展也面臨制造業(yè)漲薪潮(成本問(wèn)題)、大批國(guó)際組裝封裝業(yè)向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移(市場(chǎng)問(wèn)題)、整機(jī)發(fā)展對(duì)元器件封裝組裝微小型化等要求(技術(shù)問(wèn)題)等重大挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)封測(cè)企業(yè)必須通過(guò)增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施