2-1半导体封装--塑封件概要.doc

塑封件概要 Lunasus科技公司 岛本 晴夫 近年来,对手持移动设备为代表的半导体封装件的薄型、小型、高密度化的要求日趋强烈，开始采用比有引脚框架封装型系列更薄的LQFP、TQFP和无引脚型QFN、SON器件。而且由于制品的接插脚增多，BGA焊球间距缩小，主流上出现了基板面积与芯片尺寸相近的FBGA、CSP、无焊球型的LGA。同时也开始大量采用一个封装件里搭载多个芯片的SiP、MCP。本文将对这类型封装件的概要做阐述。 封装的技术路线图 图1是封装的趋势图。随封装密度的提高，封装件形态已由（最初的）插脚型过渡到表面贴装型。 为减小封装面积，封装件的外引脚配置已从以存储件为主流（设计）的双列SOP型向以微逻辑器件为主流的四边引脚QFP型方向发展，加上引脚数目的增多，引脚间距也向0.8→0.65→0.5→0.4mm微细化发展。当引脚数超过300个时，引脚间距必须达到0.3—0.25mm，也就出现了利用金凸块的TCP（Tape Carrier Package）形式。多引脚（设计）带来了引脚强度和载板封装上的困难，随之出现了接续端子成阵列分布设计的BGA形式，目前，BGA已在多引脚封装系列中成为主流。 另一方面，从封装厚度角度出发，用于存储卡等的封装厚度要求在1.2mm，必须要朝薄型的SOP即TSOP方向发展。与此同时，用于控制器的搭载TQFP封装也随之发展起来。另外，以DSC（数码相机）和DVC（数码摄录机）为首的手持式信息家电的发展迅猛，必须要求多引脚封装BGA的薄型化即FBGA。封装件尺寸与芯片尺寸非常相近的CSP和晶圆级等加工封装的WLCSP（wireless Chip Scale Package）也陆续登场。这些都以芯片的二维式封装为主流，为使封装密度进一步提升，特别象闪存（Flash）和静态随机存储器件，开始在其每个封装件中搭载数个记忆芯片，并随着手持电话的普及而呈现出爆发式增长。为考虑封装面积的因素，采取了象TSOP和FBGA形式的、由3—4块芯片叠加的三维立体式封装形式。这种趋势也引入到系统级大规模集成电路（LSI）封装件上，出现了所谓的SiP（System in Package，系统级封装）。 与此同时，封装件的内部联接方式也主要是灵活应用打线技术来制造堆叠式芯片，而系统级大规模集成电路（LSI）的容量不断增大并要求封装面积的减小，出现了最下层芯片的倒装（Flip Chip）搭载方式。而且，随着系统级LSI引脚数量的增加，并要求引脚间距微细化，必然出现了能够搭载更多的记忆芯片和增快记忆芯片比特运行速度的PoP(Package on Package)和CoC（Chip on Chip）形式。以上都采用芯片堆叠式（封装）技术，而在必须要求小型和薄型化的场合，开始出现采用硅芯片之间形成导通电极的多段式立体积层的封装方式。 表1是由JEITA（日本电子情报技术协会）发表的SiP路线图的一部分。 封装件构造 图2展示了主要IC封装件的分类。由于内容庞大，以LSI所采用 的材质类型（塑封和陶瓷）来进行分类。最初收录的是高品质的陶瓷封装器件，随着有机材料（模组材料和有机基板等）封装高品质化、量产制造技术的成熟，低成本化的塑封件开始成为主流封装形式。塑封件中，用于搭载芯片的基础材料是由铜和其它42种合金构成引脚框架系列以及由FR-5、BT、聚酰亚胺等有机材料做为基板系列的一大类别。引脚框架系列在成本上最便宜，而当封装引脚超过200个时，基板系列将变得更为有利。引脚框架系列占到各种封装件总产量的75%，基板系列只占15%，而到2010年，基板系列份额将提升至20%。表2是各种具有代表性的封装件LQFP和FBGA的断面构造图，图3是封装件厚度关系示意图。 QFP系列封装器件占据了主导地位，这种封装类型分支庞大。其中，未来需求强劲的是高放热封装件HQFP和薄型件LQFP及TQFP。高放热封装构造中有内置散热器和外置芯垫两种，可以降低热阻。对于封装高度为1.7mm的LQFP封装件，在0.125mm厚的铜引线框架上，用树脂胶进行芯片粘合后，通过金线键合完成硅芯片上的铝垫片与引线框架连接。为保护硅芯片，采用环氧灌封料进行封止，引脚外延镀金属层，然后将引脚弄成海鸥翅膀的形状而完成（整道工序）。根据不同的引脚形状、不同的封装厚度、不同的热阻等（参数）从而衍生出各种各样的封装件种类。以QFN为例，因其没有外部引脚，端子部长度只有1—3mm，适合