填充料充芯片和衬底之间的间隙，从而大大地增加了由芯片和衬底膨胀系数失配所产生的热疲劳焊点寿命，同时也使得低成本的倒装
焊接组装技术成为可能。目前在计算机、通信等领域倒装焊接技术已经获得了相当程度的应用，并且正呈高速增长趋势。
倒 装 焊 接 虽 然 具 有 优 势 的 性 能 和 近 乎 理 想 的 封 装 密度，但仍然存在一系列的问题长期未能获得很好的解决，如芯片测试
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贴片精度的要求，同时回流焊接代替了波峰焊，也提高了组装良品率。此阶段的器件封装类型紧ＰＬＣＣ（ＱＦＪ）和ＱＦＰ为主，由于采用 四面引脚，因而也很大强度上提高了封装和组装的密度。
底 层 填 料 主 要 分 为 流 动 型 和 无流动型。流动型通过毛细管现象将底层填料吸入芯片与基板之间的空隙之中，然后使用热或光进行固
化 。 从材料角度要求其热膨胀系数尽可能与焊锡材料相近（ 共晶焊锡材料的热膨胀系数为２５ｐｐｍ／Ｋ），玻璃化转变温度高、扬氏模
量大、离子杂质少、防潮性好、与芯片、钝化层材料、基板材料、阻焊材料等有良好的粘合强度；从工艺角度来中看，要求填充速度
断下降在贴装上面所遇到的阻力，同时又实现了封装、组装密度的大大增加，因而很快获得了大面积的推广且在产业中的应用急剧增
长。
９０年代后期：倒装焊接ＦＣ（ Ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ） 和芯片尺寸封装ＣＳＰ （ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ ｐａｃｋａｇｅ ）倒装焊接技术在ＩＢＭ公司在６０
年代引入，开始使用的是铜凸点，后发展为在芯片上制备高铅焊料凸点再将芯片正面朝下直接贴在陶瓷衬底上，使用回流焊接实现多
快、具有充小空隙的能力、固化时间短，固化后无填料不均匀沉淀等。 １９９６年，美国Ｇｅｏｒｇｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 的Ｃ．Ｐ．Ｗｏｎｇ教授首先发表了他们的无流动型底层填料方面的结
果。引起研究和产业界的广泛关注，度迅速成为热点研究领域。该材料集助焊剂和底层填料功能与一身，在回流过程中焊接和固化过 程一次完成（也可以在回流焊接后低于焊接锡熔点的温度完成最终固化）。由于工艺过程比流动型的底层填料要简单得多，因而可以
９０年代中前期：ＢＧＡ ９ ０ 年 代 随 着 器 件 引脚和增加及对封装、组装亮度的要求，出现了球栅阵列式封装ＢＧＡ（ｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）。典型的ＢＧＡ以有 机 衬 底 （ 如 Ｂ Ｔ ） 代替了传统封装内的引线框架，且通过多层板布线技术实现焊点在器件下面的阵列平面分布，既减轻了引脚间距不
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高密度电子封装的最新进展和发展趋势
上海新代车辆技术有限公司封装部 谢晓明
摘要： 电子器件封装在近三四十年内获得巨大的发展，产生了质的变化，已经变成实现电子系统性能、质量、可靠性的关键环节之
一。本文简要介绍了近三四十年来电子封装形成的演变及发展趋势，同时讨论了目前产业和研究领域的最新动态和热点问题。 关键词：电子封装、发展趋势、高密度基板、ＢＧＡ、ＣＳＰ、无铅焊料、导电胶 引言
２００５
４７７０
７５００
１８３０ ４５００ １８７５０ １１１３６０ １６．８％
９ ０ 年 代 后 期 ， 电 子封装进入超高速发展时期，新的封装形式不断涌现并获得应用，除倒装焊接和芯片尺寸封装以外，出现了多种发 展趋势，封装标准化工作已经严重滞后，甚至连封装领域名词的统一都出现困难，以下对部分形式作一简介：
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１９９８
５８３
１５４
４
８３７
１８１８ ５９６００ ３．２％
１９９９
９７１
４５６
５６
１０５８ ２７６１ ６５４００ ４．２％
２０００
１３３２
１３２０
１７５
１３４０ ４３６７ ７１８００ ６．１％
２００１
－ － 多芯片封装（ｍｕｌｔｉ ｃｈｉｐ ｐａｃｋａｇｅ）： 将多个芯片封装在统一器件内，从而实现更高的封装密度
－ － 三维迭层封装（Ｓｔａｃｋ ｐａｃｋａｇｅｓ）： 芯 片 经 过 减薄后沿Ｚ方向叠起来封装在同一个器件内。芯片之间通过线焊或倒装焊形式连接。该技术特别是在存储器件中已经获得一 定范围的应用。
１９９６
７０
４
０
５１４
９１８ ５５３００ １．７％
１９９７
２７６
３５
０
６３０
１２２１ ５９３００ ２．１％
１９９８
５８３
１５４
４
８３７
１８１８ ５９６００ ３．２％
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（ ｐｒｏｂｉｎｇ）、老化（ｂｕｒｎ ｉｎ）、已知好芯片（ＫＧＤ）、返修（ｒｅｗｏｒｋ）等，应而其应用仍受到很大的限制；而与此同时另 一 技 术 Ｃ Ｓ Ｐ 开 始 出现，并很快发展成为９０年代以来最引人注目的封装形式。该封装形式估计很快成为封装形式的主流并将在很长的 一段时期内点据统治地位。
根 据 Ｉ Ｐ Ｃ 定 义 ， Ｃ Ｓ Ｐ 为 封 装 面 积 不 大 于 芯 片 面 积 １ ５ ０ ％ 的 封 装 形 式 ， Ｃ Ｓ Ｐ 已 经 发 展 超 出 １ ０ ０ 种 不 同 的形式，其中最典型的是 ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ — ＢＧＡ，器件与ＰＣＢ板的连接与ＢＧＡ相同，为焊锡球阵列，而内部芯片到ＢＧＡ基板的连接既可以采用线焊技术，也可以采用 倒 装 焊 接 技 术 。由于ＣＳＰ既具有一般封装器件的易于操作、测试、返修等特点， 同时又在一定程度上具有倒装焊接器件的高密度和 优异高频性能等特点，因而成为ＢＧＡ和倒装焊接之间的最好中间产品，预期在很大的一段时间内将成为器件封装形式的主流。
大大降低生产成本并提高生效率。
无论是流动型还是无流动型的底层填料，一经固化，器件一般无化返修，这一特性从某种程度上限制了底层填料在产业的应用。近年 来在可返修底层填料方面已经取得了很好的进展，现已经开发出在化学可返修、热学可返修、热塑型底层填料等样品。预期相应产品
在短期内会逐步走向市场。 无铅焊料 由 于 Ｐ ｂ Ｓ ｎ 共 晶 焊 料 中 含 有 有 害 健 康 和 环 境 的 铅 元素，因而焊料的无铅化一直是电子工业广泛关注的 一个问题。虽然禁铅几经起 落，但随着环境保护意识的不断增强及市场竞争的不断的加剧，无铅焊接正离我们越来越近。 － － 价格、性能：到目前为止，以有很多无铅焊料体系得到了充分的研究，但从性能价格比方面仍然没有任何材料可以和传统锡铅 晶焊料相比。 － － 助焊剂：现有助焊剂种类很多，新的产品仍在不断涌现，但几乎所有体系皆是按照锡铅共晶焊料设计并优化的。新的焊料体系 对助焊剂必定是提出新的要求。同时今后无铅焊料很可能出现多种焊料体系共存的局面，这更加加大了助焊剂开发的难度。 － － 元 器 件 、 基 板 、焊接设备：目前的无铅焊料体系一般都比共晶锡铅材料的熔点高。由于现在绝大多 数器件为塑料封装器件， 焊接温度的提高对器件的抵抗热应力和防潮性能必定提出更高的要求；同时焊接设备也会产生一定影响。 导电胶
经逐步应用与后道封装，且呈增长趋势。 电子封装发展的驱动力主要来源于半导体芯片的发展和向市场需要，可以概括为如下几点： 芯片速度及处理能力的增加是需要更多的引脚数，更快的时钟频率和更好的电源分配。 市场需要电子产品有更多功能，更长的电池寿命和更小的几何尺寸。 电子器件和电子产品的需要量不断增加，新的器件不断涌现。 市场竞争日益加剧 芯片制造业的发展和电子产品的市场需要将最终决定电子封装的发展趋势 更小、更薄、更轻；性能更好、功能更强、能耗更小；可靠性更好；更符合环保要求；更便宜． 电子封装的发展和趋势 电子封装的发展主要经历了以下四个阶段 ７０年代：通孔安装器件、插入式器件 ７ ０ 年 代 器 件 的 主 流封装形式为通孔器件和插入器件，以ＤＩＰ（ｄｕａｌ ｉｎ ｌｉｎｅ）和ＰＧＡ（Ｐｉｎ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）为代表；器件分别 通过波峰焊接和机械接触实现器件的机械和电学连接。由于需要较高的对准精度，因而组装效率较低，同时器件的封装密度也较低。 ８０年代：表面安装器件 ８ ０ 年 代 出 现 了 表 面安装技术，器件通过回流技术进行焊接，由于回流焊接过程中焊锡熔化时的表面张力产生自对准效应，降低了对
个焊点的一次性组装。既大大提高了生产效率（当时的金丝球焊机焊接速度较慢），同时由于
引线电阻小，寄生电容小，因而获得了优异的性能特别是高频性能。但由于价格和工艺复杂性等原因，该技术一直未获得广泛使用。
由 于 芯 片 和 有 机 衬 底的热膨胀系数差别很大，因而早期该技术仅仅用于陶瓷衬底。８０年代ＩＢＭ公司发明了底层填充技术，采用底层
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在封装、组装业高速发展的背景下，以下几点尤为引人注目 底层填料，无铅焊接，导电胶，高密度基板，底层填料． 底层填料原来仅仅用于较大芯片的倒装焊接应用，以增加焊点的热疲劳寿命。现在已经被大量应用于ＣＳＰ器件中，用以增强焊点抵抗 机械应力、振动、冲击等能力。
－ － 单封装系统ＳＩＰ（ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａ ｐａｃｋａｇｅ）： 如 多 芯 片 模 块 Ｍ Ｃ Ｍ（ｍｕｌｔｉ ｃｈｉｐ ｍｏｄｕｌｅ）：将多个具有不同功能的芯片封装在同一个器件内，以形成一个完整的系统或子系 统功能：微电子机械系统ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）：将微电子器件和应用微电子技术制备的如传感 器、执行器等封装在同一模块中以形成系统功能；微光机电系统ＭＥＯＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）：除微子机械外，进一步将光学系统集成进来。 － － ＳＯＣ （ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）： 将整个系统的功能完全集成在同一个半导体芯片上。