電子微組裝技術發展歷程及特點

一、什麼是電子微組裝

電子微組裝是為了適應電子產品微型化、可攜式、高可靠性需求,實現電子產品功能元器件的高密度集成,採用微互連、微組裝設計發展起來的新型電子組裝和封裝技術,也是電子組裝技術向微米和微納米尺度方向的延伸,它包含了微電子封裝、混合集成電路和多晶片組件、微波組件、微機電系統等相關產品的微組裝技術。根據電子行業對三個層級電子封裝的定義、IPC/JEDEC標準對兩個層級電子互連的定義和國際半導體技術路線圖(ITRS)對先進系統級封裝(System in Package, SiP)的定義,本書所討論的電子微組裝包括:

● 內引線鍵合和晶片倒裝焊的晶片級互連(稱晶片級互連,或0級封裝);

● 單晶片/多晶片組裝及多層布線基板互連的器件級封裝(稱1級封裝);

● 表面貼裝元件(SMC)和表面貼裝器件(SMD)在PCB或陶瓷基板上貼裝的板級封裝(稱2級封裝);

● 元器件集成在單一標準封裝體內並具有系統功能的系統級封裝(SiP)。

電子封裝分類層級定義如圖1所示,其中,國際上傳統的電子封裝層級(1990年)定義為:晶片級互連、1級封裝、2級封裝和3級封裝,與日本Jisso Roadmap專委會(JRC)提出的Jisso電子互連層級(2005):1級互連、2級互連、3級互連和4級互連相對應。

圖1 電子封裝分類層級定義

用電子行業和IPC/JEDEC標準定義的封裝互連層級的術語來表述,電子微組裝是包含晶片級互連、1級封裝、2級封裝和系統級封裝(SiP)的,適用於分立元器件、多晶片組件和模塊產品的微組裝與封裝。對於SiP,ITRS給出的定義:一種能夠集成多種不同功能有源電子器件並組裝在單個標準封裝體內,使其能夠為某一系統或子系統提供多個功能的集成式組裝及封裝形式。為實現產品設計功能,SiP可以包含無源元件、微機電系統(MEMS)、光學元件和其他封裝體及部件,換句話說,SiP是一種系統級一體化集成封裝結構,它涵蓋了圖1中的1級、2級和3級封裝技術。

從電子微組裝的組成結構來看,其構成要素有4方面:基礎功能元器件(有源電子器件和無源電子元件)、集成元器件的電路基板(PCB、陶瓷基板等)、元器件與電路基板間的互連組裝材料(內引線鍵合、焊料、黏結料等)、外部封裝材料(金屬外殼、有機包封料和外引腳)。電子微組裝涉及的產品包括:分立電子元器件(Discrete Electronic Component, DEC)、混合集成電路(Hybrid Integrated Circuit, HIC)、多晶片組件(Multi-Chip Module, MCM)、板級組件(Printed Circuit Board Assembly, PCBA)、微波組件(Microwave Assembly, MA)、微系統(Micro-system, MS)、SiP或板級微系統(System on Package, SoP)模塊、真空電子器件(Vacuum Electronic Device, VED)等。

電子微組裝的作用,就是把基礎功能元器件安裝在規定尺寸的封裝體內,保證其內部的電連接,從而實現產品設計的功能。為此,需要採用各種微組裝技術,實現產品內部晶片間互連、晶片與外殼基板的互連、1級封裝與2級封裝的互連,並同時滿足產品散熱、機械固定和防潮等方面的要求。