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WLP,它是由90年代后期興起的CSP技術發(fā)展而來的。在WLP中,它的面積(組裝占用PCB的面積)比芯片尺寸稍大一些,它的I/O端在芯片的表面,與傳統(tǒng)的SMT工藝兼容。由于WLP的I/O端口間距大,因此更容易測試和組裝,從而可降低測試和組裝的難度,節(jié)約成本。 由于在使用WLP時,可以不要下填充,因而更有助于WLP技術的廣泛應用。但少了下填充的保護,若結構設計不佳,芯片與基板間的熱膨脹系數(shù)不匹配可能會導致熱應力過高或未知的外力作用使器件受到破壞。所以在設計WLP時應注意增加應力緩沖層、控制好焊球幾何尺寸以及優(yōu)化焊球位置布置設計等,從而增加焊接的可靠性。另外,由于圓片級封裝的芯片尺寸一般較小,熱膨脹失配產生的機械剪切應力也較小,電路因熱膨脹系數(shù)不匹配造成失效的可能性就小,因而使用的風險就小,從而使WLP能夠得到進一步推廣應用。
WLP電路的封裝效率接近100%,封裝體的厚度薄,可靠性與常規(guī)IC相當。在便攜式電子產品的組裝中必將越來越多的使用WLP電路,用以取代常規(guī)的封裝IC。因此,在便攜式電子產品中封裝會越來越多的便用到WLP制造技術和WLP電路的安裝技術。
3.4 MCM(多芯片模塊)封裝
MCM通常是全定制設計的,在一個大的高密度基板上安裝有數(shù)十、上百個元件。由于元件數(shù)多,加工工藝就較復雜;如果在模塊中有元件損壞,返工難度較大。另外,在模塊組裝完成后,還存在模塊中元件的早期失效問題,因此它的成本很高。傳統(tǒng)的MCM技術主要應用于軍事研究及高性能計算機技術中。由于芯片級產品的出現(xiàn),MCM技術的優(yōu)勢就顯露了出來。在便攜式電子產品的組裝中可以使用芯片級產品,從而使MCM的組裝合格率得到大大提高,元件的早期失效問題也得到緩解。
多芯片封裝的優(yōu)點如下:
①可將不同圓片技術或工藝技術的芯片組裝在同一個封裝體內;
②與SOC相比,用MCM可縮短產品上市時間,并可降低投資風險;
③機電(MEMS),光電及顯示元件也可整合于同一個封裝體中;
④可選用不同的封裝技術,將各種元件封裝在一起;
⑤可提高封裝效率、節(jié)省芯片組裝原料和簡化測試手段,從而可降低封裝成本。 由于MCM技術具有這些優(yōu)點,并且在便攜式電子產品中也己獲得了應用。在未來的便攜式電子產品的封裝中,MCM封裝技術將成為極為重要的封裝技術。
3.5 SIP(系統(tǒng)封裝)
系統(tǒng)封裝這個概念是在20世紀90年代出現(xiàn)的。它是將不同類型器件封裝在一個管殼中,從而構成一個完整的系統(tǒng),其封裝外形跟標準單芯片封裝形式一樣,因而被稱作系統(tǒng)封裝。例如在便攜式電器中將微處理器、內存、顯卡等放在一個高密度低值互連基板上并封裝起來而形成一個系統(tǒng)。SIP是屬于MCM的一類封裝,它通常包含有多個芯片(一般少于5個)及一些無源元件。由于系統(tǒng)封裝的外形與單芯片電路封裝外形一樣,如BGA,因此容易組裝。
SIP具有如下優(yōu)點:
①能以最少的成本將具有不同結構、制造工藝的芯片整合封裝在一個外殼中。如在存儲器件的設計過程中,可將多個存儲器芯片組裝在一起。這與在SOC技術中將多個存儲器芯片嵌人一個芯片中相比,可以縮短產品設計時間,且增加了設計的靈活性,并可加快產品的上市時間,從而贏得經濟效益;
②可將無源元件、天線、濾波器、屏蔽等元件整合到一個封裝體內,于是可減小器件間的寄生效應,改善屏蔽效果,從而改善器件性能;
③因為SIP技術是利用元件來整合的,所以能因客戶的不同需求對設計進行修正,從而大大增加設計的適應性,也可迅速滿足市場需求。正因為SIP具有這些優(yōu)點,因此在便攜式產品中的應用非常廣泛。在未來的便攜式電子產品中,會越來越多地使用SIP器件。
3.6 3D(三維)封裝
隨著市場對產品的“苛刻”要求:輕、薄、短、小、高集成度、高性能和高可靠性等,一種新型的封裝形式開始為人們熟悉,這就是3D封裝。3D封裝也可看作是SIP。由于芯片級產品技術的成熟,3D技術在1999年開始大量用于蜂窩電話的組裝中,它運用堆棧的方法將閃存(Flash memory)和靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)芯片重疊起來,封裝在一個管殼中,以實現(xiàn)更大的存儲容量,從而大大地提高了封裝效率。對于封裝效率,裸芯片的效率為100%,WLP的可接近于100%,而使用3D堆棧式封裝的CSP的可超過100%,甚至是幾倍(假如采用多芯片進行堆棧)。在3D封裝中,在封裝效率大幅提升的同時又引進了多層薄膜技術,加之使用圓片超薄減薄、超薄粘附、低弧度引線鍵合和薄厚度包封技術或FC方式把它們堆疊在一起,使得多芯片堆棧后的產品厚度與傳統(tǒng)的單芯片器件不相上下,從而使3D封裝具有更強的市場競爭力。3D堆棧式封裝不受器件種類的限制,可以將具有相同或不同尺寸的芯片,相同或不同種類的器件堆疊在一起。除IC器件外,分離器件、無源元件也都可以堆疊在一起;在模塑包封后構成一個完整的SIP形式的高性能功能塊。
3D封裝有以下六種基本形態(tài):
①封裝完成后再進行堆棧:
②引線鍵合方式;
③倒裝芯片方式;
④Silicon-on-Silicon之結合方式;
⑤軟板型態(tài)折疊而成的3D封裝
⑥混合型。
3D封裝雖可有效地提高封裝效率以及進行系統(tǒng)的初步整合,然而其結構較復雜且散熱設計、電性特性、翹曲度及可靠性控制與組合晶良率等皆比單一芯片封裝更具挑戰(zhàn)性。不過隨著科技的進步,3D封裝技術在便攜式電子產品的封裝中會有美好的前景。
4 結束語
在20世紀九十年代,MCM技術只是在航空航天事業(yè)及高性能計算機領域能發(fā)揮其作用,主要是由于它的價格太貴。今天由于芯片級產品的出現(xiàn),MCM封裝技術的優(yōu)勢就顯露了出來,它可廣泛用于便攜式電子產品的生產中。在MCM組裝中,可使用芯片級產品進行COB封裝、FC封裝、WLP芯片封裝來組裝。其封裝形式可以是傳統(tǒng)的MCM形式,也可以是SIP或3D形式。
科技的發(fā)展,促使IC產品的應用以驚人的速度增長,支持各種產品的封裝類型也不斷涌現(xiàn),以滿足人們對IC產品的“苛刻”要求,封裝已不再是簡單的保護IC,同時還是系統(tǒng)設計者確保其產品形式和功能的一個重要因素。明天的便攜式封裝會是什么樣子?讓我們拭目以待。






