电子封装/组装技术的交叉与融合

2017-05-08 中国SMT在线 世界电子智造

     在电子制造众多技术环节中，没有其它两种技术比封装与组装技术可比性更多的了。无论技术内涵还是外部特征，这两种分别属于半导体和整机制造行业的技术都是你中有我、我中有你，联系越来越紧密，界限越来越模糊。这既是电子产品微小型化和多功能化的必然结果，也是未来各种技术交叉和融合的发展趋势。

1封装/组装技术对比

1.1封装/组装技术的“同”与“异”

      封装与组装虽然属于两个行业，面对的产品和技术要求各不相同，但无论设计思路，还是工艺流程、设备应用都有很多相通的地方，例如：

     ·封装与组装的基本要求都是实现电路的可靠连接，为电路提供电源配置和信号传递，都要求电源完整连续，信号传输流畅、路径简短，不同的只是连接的层次；

     ·在结构设计中，都需要考虑机械强度和热量散发问题，不同的只是解决问题的方式方法；

     ·在实现电路连接前都需要把加工对象（裸芯片和元器件）安全、准确、快速放置到基板预定位置，不同的只是基板精度、定位精度、贴放速度要求的差异（图1）；

     ·都需要在预定的接点之间实现可靠的电气互连，基本连接方法都是焊接技术，都需要考虑连接点的表面镀层与焊接材料兼容性，不同的只是连接点的大小与间距；

     ·都需要对加工工艺进行过程监测和最终产品性能测试，实现过程监测和性能测试的方法和仪器也类似，不同的只是检测的内容和要求。

1.2封装/组装技术的贯通

      从产业链上说，封装与组装是前一环节（半导体制造）的“尾”与后一环节（整机制造）的“首”。前面已经介绍过“多级封装”的概念，实际上，联系最紧密的就是一级和二级封装，即这里所说的封装与组装。作为半导体产业后道工序的封装，对外提供的封装好的集成电路并不是直接面向应用的终端产品，而是一种构成电子产品的原材料，必须经过组装这个整机制造技术才能最终变成终端应用产品，即完成电子产业链的实体制造过程，实现科技成果到社会财富的转化。在人类日常工作和生活中，使高科技变成成人人用得上、人人用得起、可以提高和改变人类生活的产品。

      从技术本质来说，封装与组装都是为了实现电路的电气互联，只不过封装是实现“芯片级”互联，而组装则是“板卡级”互联，二者都是互联过程的“二传手”而已。有关电气互连将在后面章节专门讨论，这里我们从直观看它们的联系，如所示，是目前典型的QFP（图2a）与BGA（图2b）封装组装互连结构示意图。

      由图2可见，封装与组装技术目标和本质是一致的，可以说是一种技术在不同领域，不同层次的应用。尤其图1b中，封装与组装连接同样使用焊球连接技术，不同的只是技术尺寸精细度和其它技术细节。

1.3 封装/组装技术的比较

      封装与组装技术的主要就是元素和技术环节有许多彼此相通的地方，有些环节实际是完全一致的，只不过不同领域侧重点有差异而已。封装与组装技术比较见表1。

2 封装/组装技术的融合

2.1 封装向组装的渗透与延申

      近年在封装行业多芯片模块（MCM）技术和系统级封装（SiP）技术发展很快，特别是芯片堆叠（3D 封装）技术的兴起使半导体技术发展出现新的增长点，3D IC成为目前延续摩尔定律的关键。无论是MCM、SiP，还是3D IC，其技术范畴已经超出传统封装技术，开始向组装技术渗透与延续。一方面采用硅通孔和多层印制电路板实现多芯片之间互连，另一方面采用SMT技术把不容易集成的无源元件组装到封装基板上，在一个封装模块内集成不同工艺和材料的半导体芯片以及无源元件，形成一个功能强大的功能模块或系统级电路模块，如图3所示。

表1 电子封装/组装技术比较

从另一个角度看，模块化封装就是精细化的组装技术。

  2.2 组装向封装的扩展

      现代电子产品朝着短、小、轻、薄和高可靠、高速度、高性能和低成本的方向发展。特别是移动和便携式电子产品，以及航天、医疗等领域对产品体积、重量要求越来越苛刻。随着超大规模集成电路(VLSl)和微型化片式元器件的迅速发展和广泛应用，电子整机进一步实现高性能和微小型化的主要矛盾已经不仅是元器件本身，而是元器件组装和互连形式和方法。为了适应这—发展趋势，在表面组装技术(SMT)的基础上，组装技术正在向模块化、微小型化和三维立体组装技术方向发展，使电子整机在有限空间内组装功能更多、性能更优，集成化程度更高的电子信息系统。

      实际上，自从片式元件进入0402（英制01005）、0315（0.3 mm×0.15 mm）尺寸，集成电路封装节距小到0.4/0.3 mm以来，特别是倒装芯片的应用，使组装定位和对准的精确度已经跨入微尺寸的范围，例如倒装芯片贴装，要求可重复精度小于4μm，已经属于封装的尺寸精度范围。

由此可见，组装技术向精细化高级阶段发展，必然是向封装技术的扩展。

2.3 封装/组装技术的交汇

     现在有些产品的制造既可以先封装后组装，也可以直接组装。例如系统级封装（SiP），既可以由半导体封装厂完成SiP系统封装（可能是BGA,CSP,WLCSP），然后通过SMT将SiP元器件装配到电路板上；也可以在SMT车间进行芯片和其它元器件的2D或3D装配，将SiP系统嵌入到终端产品中。这种技术的集成浓缩和交汇将是未来微小型化、多功能化产品制造的发展趋势。

      传统的观念认为封装技术属于半导体制造，其尺寸精确度和技术难度高于组装技术，属于高技术范畴，而组装技术则属于工艺范畴。但是在电子产品微小型化和多功能化市场需求的强力推动下，特别是近年兴起的多芯片、模块化的堆叠封装/组装（PiP /PoP，又称3D封装/组装）技术、实质上是封装技术和组装技术综合应用，从而使 “封装”和 “组装”的界限日益模糊，二者正在向着交汇的方向发展。这种技术的融合，在封装领域称为模块化多芯片3D封装，而在组装领域称为微组装（MPT—micro packaging technology），其实二者是殊途同归，如图4所示。

 3 1.5级封装—COB简介

      COB（chip On board，板上芯片)是一种典型的介于封装和组装之间的制造技术，裸芯片直接安装到印制电路板上，而不是先“封装”后组装到印制电路板上。COB制造工艺与传统裸芯片封装相似，只是封装基板换成了常规印制电路板，通过打线、载带或倒装芯片方式使裸芯片直接连接到电路中。为了保护裸芯片不受环境影响，防止芯片和连接线损坏，需要用胶把芯片和键合引线包封起来，如图5所示。COB工艺也称为“邦定”（ boarding音译），用COB工艺提供的集成电路或电路模块也称为“软包封”或“软封装”电路，如图6所示。

       与COB类似的电路组装技术还有COF（Chip On Film，柔性电路板上芯片）和于COG（Chip On Glass，玻璃板上芯片）。前者用于柔性印制电路板电路中，后者液晶显示面板等产品制造中。其互连方式也如图1所示的方式。

      由于传统封装成本较高，一般占集成电路总成本的的40%甚至更高，采用COB技术，省去了封装成本，可显著降低产品制造成本， 在大批量生产尤为突出。此外，COB连接方式是封装技术中成熟的技术，相应工艺、设备都可使用，不存在技术难题。

      芯片直接安装到印制电路板上，从理论上说是最简洁的封装方式，但由于缺少了中间引线的缓冲作用和封装外壳的保护作用，可靠性问题目前还没有充分保证，同时也无法维修，因而目前只运用在可靠性要求不高的产品中，例如数字钟表、玩具、计算器、低成本数码产品等方面。但随着技术进步，COB可靠性也逐步提高，现在已扩展到电话卡、存储卡、各种智能卡、打印机模块、存储器以及经济型数码相机等产品中，因而在某些应用领域COB有取代SMT之势。

      由于COB技术兼有封装与组装技术要素，介于1级封装和2级封装之间，因此又称为1.5级封装。

4 封装/组装交融——微组装简介

4.1 MPT与MAT

      微组装概念早在20世纪80年代就产生了，当时是作为表面贴装技术之后一个新的技术分代提出的，一直没有明确的界定。微组装有两个英文缩写MPT（Micro-packaging technology）和MAT（Micro-assembling technology），现在中文一般把“packaging”译为“封装”， “assembling” 译为“组装”，由此也可看出封装与组装并没有严格的界限。

4.2 微组装技术的概念

      有关“微组装技术”目前有三种说法：

    （1）微组装是组装技术的一个类型

      这种说法把组装技术按照工艺精度分为几种类型，即根据集成电路引线间距尺寸或元器件相互距离，以及基板单位面积上焊点数目分类：

     上述分类中，“微组装”和“高密度组装”是从不同角度区分的，二者在有些情况下可能是相互覆盖的。实际上当0603、0402（公制）片式元件应用之后，元件间距已经小于0.3 mm，但人们并没有认为已经进入微组装技术领域。

     （2）微组装技术实质上就是高密度组装技术

      随着多芯片模块（MCM）技术、倒装芯片（FC）和多层陶瓷基板技术发展，在高密度多层互连电路板上，运用组装和封装工艺，把微小型电子元器件组装成高密度、高速度、高可靠性立体结构的电子产品，这种高密度组装技术就是微组装技术。

      这种说法对于“高密度组装”的概念超出了前面“基板单位面积上焊点数目”的定义，有了“立体组装”的新概念。显然，这是将组装和封装融合在一起的说法。

     （3）微组装技术是SMT发展的高级阶段

      这种说法认为微组装技术是SMT发展到微尺寸组装的高级阶段，指最小组装元素的尺寸在数微米到100μm之间，以COB、芯片堆叠、倒装芯片，多层高密度基板等为基础技术、不能采用常规SMT工艺完成组装的高密度组装技术。包括COB、MCM、SiP 、3D封装/组装等一级二级封装混合的技术集成，也就是除了半导体裸芯片制造工艺以外的微电子产品制造技术，也可以说是SMT之后的新一代组装技术。

      如果我们希望以一个统一术语涵盖当前众多封装/组装新概念、新技术，例如高密度封装、高密度组装，三维封装、三维组装，三维叠加互连、MCM（其中又有MCM-C、MCM-D 、MCM-L等）、LTCC、3D IC、3D封装、3D组装、PiP、PoP等等，那么第三种说法无疑是恰当的。

      术语和概念对于学术是重要的，讨论一个问题，首先需要界定问题的范围和属性，以及讨论时的“共同语言”。对于产业和工程领域则不是重点，技术术语可能多年不明确、不严谨，可能各行其是，导致技术交流有些麻烦，但不妨碍技术的进步和发展。

      对于产业和工程领域，关键是看实际效果，对于现代高技术而言，无论如何，技术的交叉和融合是大势所趋，抛弃技术高低贵贱之分，打破行业壁垒，在技术的交叉和融合中创新发展，才是最重要的。

      由于电子产品的日益微小型化和复杂化，传统的划分行业概念逐渐模糊，产业链上下游技术联系密不可分，因而解决组装技术问题和考虑组装技术发展时，思路不能仅仅局限于传统“行业”技术范围，而要以综合化、系统化的思路去研究和拓展技术思维。

关键词：电子封装,COB,先艺电子,xianyi,Pb75Sn25,Pb60In40,Sn100,Pb75In25,芯片封装焊片供应商,Au100,Cu100,芯片封装焊片生产厂家,indium solder,coining solder,williams solder,Kaster solder,大功率LED芯片封装焊片生产厂家, Pb92.5Sn5Ag2.5,Pb92.5In5Ag2.5,纯铟焊片供应商,锡银铜预成形焊片焊箔供应商,锡铅Sn63Pb37焊片供应商,锡铅Sn63Pb36焊片生产厂家,器件封装焊料,背金,芯片背金

先艺电子、xianyi、www.xianyichina.com

广州先艺电子科技有限公司是预成型合金焊料片专业生产商，我们可根据客户的要求定制专业配比的金、银、铜、锡、铟等焊料合金，加工成预成型焊片，更多资讯请看www.xianyichina.com，或关注微信公众号“先艺电子”。