電子元件及電路組裝技術(shù)介紹(一)
電子元器件是電子信息設(shè)備的細(xì)胞,板級電路組裝技術(shù)是制造電子設(shè)備的基礎(chǔ)。不同類型的電子元器件的出現(xiàn)總會導(dǎo)致板級電路組裝技術(shù)的一場革命。60年代與集成電路興起同時出現(xiàn)的通孔插裝技術(shù)(THT),隨著70年代后半期LSI的蓬勃發(fā)展,被80年代登場的第一代SMT所代替,以QFP為代表的周邊端子型封裝已成為當(dāng)今主流封裝;進(jìn)入90年代,隨著QFP的狹間距化,板級電路組裝技術(shù)面臨挑戰(zhàn),盡管開發(fā)了狹間距組裝技術(shù)(FPT),但間距0.4mm以下的板級電路組裝仍然有許多工藝面臨解決。作為最理想的解決方案90年代前半期美國提出了第二代表面組裝技術(shù)的IC封裝一面陣列型封裝(BGA),其近一步的小型封裝是芯片尺寸的封裝(CSP)是在廿世紀(jì)90年代未成為人們的關(guān)注的焦點,比如,組裝實用化困難的400針以上的QFP封由組裝容易的端子間距為1.0-1.5mm的PBGA和TBGA代替,實現(xiàn)了這類器件的成組再流。特別是在芯片和封裝基板的連接上采用了倒裝片連接技術(shù),使數(shù)千針的PCBA在超級計算機(jī)、工作站中得到應(yīng)用,叫做FCBGA,正在開始實用化。第三代表面組裝技術(shù)直接芯片板級組裝,但是由于受可靠性、成本和KGD等制約,僅在特殊領(lǐng)域應(yīng)用,IC封裝的進(jìn)一步發(fā)展,99年底初露頭角的晶片封裝(WLP)面陣列凸起型FC到2014年期待成為對應(yīng)半導(dǎo)體器件多針化和高性能化要求的第三代表面組裝封裝。
IC封裝一直落后于IC芯片本身固有的能力。我們希望裸芯片和封裝的芯片之間的性能縫隙減小,這就促進(jìn)了新的設(shè)計和新的封裝技術(shù)的發(fā)展。在新的封裝設(shè)計中,多芯片封裝(CSP)包含了一個以上的芯片,相互堆積在彼此的頂部,通過線焊和倒裝片設(shè)計(在倒裝片上線焊,在線焊上倒裝片,或在線焊上線焊)實現(xiàn)芯片間的互連,進(jìn)一步減少了器件重量和所占空間)。
由于尺寸和成本優(yōu)勢,晶片級CSP(Wafer-levelcap)將被進(jìn)一步開發(fā),這種技術(shù)是在晶片切割成小方塊(芯片)之前,就在芯片上形成第一級互連和封裝I/O端子,這不但縮短了制造周期,其I/O端子分為面陣列型和周邊型(依據(jù)I/O端子的分布)兩種類型;前者,EIAJ的端子間距0.8mm以下,外型尺寸為4mm-21mm的超小型封裝作為標(biāo)準(zhǔn),主要適用于邏輯和存貯器件,后者是SON和QFN等帶周邊端子的無引線小型化封袋,主要適用于存貯器和低檔邏輯器件。自從90年代初CSP問世以來,提出了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式,現(xiàn)在以面陣列型的FBGA是主流,第一代FBGA是塑料類型的面朝下型,第二代FBGA是載帶類型的面朝下型,都采用了引線框架塑模塊、封裝,而新一代的FBGA是以晶體作載體進(jìn)行傳送,切割(劃線)的最終組裝工藝,即WLP方式,取代了以前封裝采用的連接技術(shù)(線焊、TAB和倒裝片焊),而是在劃線分割前,采用半導(dǎo)體前工序的布線技術(shù),使芯片襯墊與外部端子相連接,其后的焊料球連接和電氣測試等都在晶片狀態(tài)下完成,最后才迫行劃線分割。顯然用WLP方式制作的是實際芯片尺寸的FBGA,外形上與FC無區(qū)別。
總之,PBGA、TBGA、FBGA、(CSP)和FC是當(dāng)今IC封裝的發(fā)展潮流。表1和表2分別示出了這些封裝的發(fā)展動向。在21世紀(jì)的前15年,第三代表面組裝封裝將會迅速發(fā)展,圍繞高密度組裝,封裝結(jié)構(gòu)的多樣化將是21世紀(jì)初IC封裝最顯著的特點。LSI芯片的疊層封裝、環(huán)形封裝:還有,將出現(xiàn)新的3D封裝,光一電子學(xué)互連,光表面組裝技術(shù)也會蓬勃發(fā)展。系統(tǒng)級芯片(SOC)和MCM的系統(tǒng)級封裝(MCM/SIP)隨著設(shè)計工具的改善,布線密度的提高,新基板材料的采用,以及經(jīng)濟(jì)的KGD供給的普及,將進(jìn)一步得到開發(fā)和進(jìn)入實用階段。
無源封裝
隨著工業(yè)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場對電子設(shè)備小型化、高性能、高可靠性、安全性和電磁兼容性的需求,對電子電路性能不斷提出新的要求,從20世紀(jì)90年代以來,冶式元件進(jìn)一步向小型化、多層化、大容量化、耐高壓和高性能方向發(fā)展,同時隨著SMT在所有電子設(shè)備中的推廣應(yīng)用,世界范圍片式元件的使用量迅速增加,現(xiàn)在年消耗片式元件達(dá)到1兆只,無源元件對IC的比率一般大于20.由于需要如此大量的分立元件,所以分立元件支配最終PCB組件的尺寸;另外,片式無源元件用量的劇增使貼裝工藝中的瓶頸經(jīng)片式元件的貼裝更難解決,導(dǎo)致生產(chǎn)線失去平衡,設(shè)備利用率下降,成本提高,同時片式元件供給時間占用生產(chǎn)線時間的30%,嚴(yán)重影響生產(chǎn)量的提高。解決這些問題的有效辦法就是。實現(xiàn)無源元件的集成。
集成無源元件有以下幾種封裝形式:
陣列:將許多一種類型的無源元件集成在一起,以面陣列端子形式封裝;
網(wǎng)絡(luò):將許多混合電阻和電容集成在一起,以周邊端子形式封裝;
混合:將一些無源元件和有源器件混合集成進(jìn)行封裝;
嵌入:將無源元件嵌入集成在PCB或其它基板中;
集成混合:所集成的無源元件封裝在QFP或TSOP格式中。
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