IC封装技术的发展历程
一．IC封装简介
封装对于集成电路芯片来说是必须的，因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的粉尘杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降甚至电气功能失效。 封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、 固定、 密封、 保护芯片和增强导热性能的作用” 而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的键合点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其它器件建立连接。另外，封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，既便于集成电路封装加工，又便于集成电路与印刷电路板相配合，相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便，而且便于标准化。
总的来说，集成电路封装的作用主要有3个：1.物理保护；2. 电气连接；3.标准规格化。因此，封装应该具有较强的机械性能、散热性能和化学稳定性；良好的电气性能；标准的尺寸、形式。集成电路封装是随着集成电路的发展而前进的，随着军事、航天、航空、机械等各个行业的不断发展，整机也向着多功能、 小型化方向发展，这就要求集成电路的集成度越来越高，功能越来越复杂，相应地就要求集成电路封装的密度越来越大，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引线数越来越多，体积越来越小，重量越来越轻。
二．IC封装的历史
2.1 六十年代—七十年代:双列直插式(DIP)封装
伴随着IC的开始出现，整机生产以分立器件为主，IC为辅，此时的技术需求，只是寻求更稳定的工作。因为一方面，IC芯片的制造还处于初始阶段，集成度很低；另一方面，从电子管走向晶体管，本身整机体积已大大缩小，故而对IC封装没有更多的要求。所以此阶段采用了最易实现的以双列直插式(DIP)为代表的封装，辅以单列直插式(SIP)与针栅阵列(PGA)封装，满足了线路板(PCB)波峰焊装配的要求。此时，引脚间距均约为2.54mm。
2.2 八十年代:塑封有引线芯片载体(PLCC)、四边引出线扁平封装(QFP)的紧凑型封装
随着一九七八年表面组装技术(SMT)的提出，整机体积的缩小，其线路板随之也减少面积。SMT技术符合了发展潮流，以回流焊代替了波峰焊，进一步提高了PCB的成品率，从而对IC的封装也提出了新要求。IC芯片制造技术发展顺应了其要求，IC封装开发出了以塑封有引线芯片载体(PLCC)，引线间距为1.27mm、四边引出线扁平封装(QFP)，引脚间距为0.8—1.0mm为代表的紧凑型封装形式，辅以小型双列直插式(S-DIP)，引脚间距1.778mm、小型封装(SOP)，引脚间距为1.778mm、载带自动焊封装(TAP)等，封装形式走向多样化。但是，其目标只有一个—缩小面积，顺应电子产品小型化、轻薄化和组装自动化趋势。
2.3 九十年代中前期:窄间距小外形封装(SSOP)、窄间距四边引出线扁平封装(SQFP)、球栅阵列(BGA)封装
随着计算机技术的快速发展，以个人计算机(PC)为代表的计算机产业，经历了从386—486—586的快速发展，每前进一代，支持其发展的IC集成度、速度等跨越了一个台阶。一方面，计算机向高档次工作站、超级计算机延伸；另一方面，特别是微软公司推出了划时代的Windows操作系统，使计算机从专家使用走向平民化，由企业向家庭延伸，从而带来了计算机产业质与量的重大变化。这时，原有的PLCC、QFP、SOP已不能满足它的发展要求，在PCB的SMT中，引入了更小、更薄的封装形式，以窄间距小外形封装(SSOP)，引脚间距为0.65mm、窄间距四边引出线扁平封装(SQFP)，引脚间距为0.65mm为代表的封装形式；特别提出了有内引线的球栅阵列(BGA)的封装形式，其典型的BGA以有机衬底替代传统的封装内的引线框架，使IC引出脚大大增加，使原有400脚较难SMT的QFP形式在BGA中容易实现，从而使IC芯片的高集成度功能在实际中获得应用。
2.4 九十年代中后期
随着IT产业的兴起、无线通讯的兴旺、多媒体的出现，全球范围的信息量急剧增加，信息数据的交换和传输实现了大容量化、高速化和数字化，促使电子信息设备向着高性能、高集成、高可靠性方向迅速发展，使电子信息产业迅速壮大；支持其发展进程和关键技术就是IC组装技术，它包含了IC封装与PCB的SMT技术。IC封装是电子信息设备的细胞，近几年进入了高速发展期，新的封装形式不断涌现并获得了应用。IC的封装已不仅仅作为IC芯片的功能表现形式，对芯片起保护作用；同时还在一定成本下满足不断增加的性能、可靠性、散热、电源分配，包括了以下要求：1)芯片速度与处理能力的增加，需增加更多的引线脚数，更快的时钟频率和更好的电源分配。2)要求更多的功能、更低的功耗与更小的尺寸。3)使组装后的电子产品更薄、更轻、更小。4)更符合环保的要求。5)价格上更便宜。
三．IC封装发展动态
3.1 封装材料的发展
封装技术对于封装材料的发展具有巨大的带动作用，反过来，封装材料的发展又会进一步推动封装技术的发展，二者相互促进又相互制约。近年来，封装材料一直呈现快速增长的态势。2003年，全球封装材料销售总额达到79亿美元，其中，硬质封装基板20亿美元，韧性聚酰亚胺（PI）基板和载带自动焊（TAB）基材3.2亿美元，引线框架26.2亿美元，金属引线12.8亿美元，塑封料12.5亿美元，贴片胶2.4亿美元，聚酰亚胺树脂 0.9亿美元，
液体环氧包封料 0.7亿美元，液体底填料 0.4亿美元，微焊球 0.6亿美元。2008年全球封装材料销售额已达到120亿美元，年增长率达20%。
下面对与集成电路封装关系最紧密、最关键同时又量大面广的几种集成电路封装材料的现状与发展趋势逐一阐述。
3.1.1 环氧模塑料（EMC）
EMC以其成本低廉、工艺简单和适于大规模生产等优点在集成电路封装材料中独占鳌头，目前，全球97%的集成电路封装采用EMC。随着集成电路与封装技术的飞速发展，EMC越来越显示出其基础地位和支撑地位的重要作用。
环氧塑封料的技术发展呈现下述趋势 ：①为适应超大规模集成电路向着高密度、高I/O数方向发展的需求，朝着适应高密度、高I/O数的封装形式（如BGA）方向发展 ；②为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求，朝着适应于微型化、薄型化、不对称化、低成本化封装形式（CSP/QFN）方向发展 ；③为适应无铅焊料、绿色环保的要求，向着高耐热、无溴阻燃化方向快速发展。
3.1.2 高密度多层封装基板
高密度多层封装基板主要在半导体芯片与常规印制电路板（PCB）之间起电气过渡作用，同时为芯片提供保护、支撑、散热作用。封装基板在以BGA、CSP为主的先进封装器件的制造成本中占有很高的比例，分别可达40%～50%和70%～80%。
3.1.3 液体环氧封装料
液体环氧封装料是微电子封装技术第3次革命性变革的代表性封装材料，是BGA和CSP所需关键性封装材料之一，主要包括FC-BGA/CSP用液体环氧底灌料（Underfill）和液体环氧芯片包封料（Encapsulants）2大类。
3.1.4 聚合物光敏树脂
聚合物光敏树脂主要包括聚酰亚胺光敏树脂（PSPI）、BCB光敏树脂和环氧光敏树脂3种类型，主要用于BGA、CSP芯片表面焊球阵列的制球工序和多层积层（BUM）封装基的
外延信号线层间绝缘，是BGA/CSP的关键封装材料。
3.1.5 导电/导热粘结剂
高性能导电/导热粘结剂主要包括导电粘结剂、导热粘结剂等，主要用于将IC芯片粘贴于引线框架或基板上。目前市场上最常见的导电粘结剂和导热粘结剂主要以环氧树脂或聚氨
酯、有机硅树脂等为基体树脂，并填充片状导电银粉（或氧化铝、氮化硅等），再加入固化剂、促进剂、表面活性剂、偶合剂等，以达到所需的综合性能。同时，为了满足电子产品高耐热的要求，也可以采用聚酰亚胺为基体树脂。环氧导电胶可分为各向同性导电胶和各向异性导电胶2大类。按照组分划分，环氧导电胶分为单组分和双组分2种形式，目前以单组分为主。
3.2 封装系统静电处理
随着微米、亚微米、深亚微米及纳米级IC工艺的发展，集成电路的内绝缘层越来越薄，其抗静电性能越来越弱，而产生和积累电荷材料（如塑料、橡胶等高分子有机物）的大量使用，以及使用环节中静电防护不足，导致静电放电对集成电路的危害越来越突出，因此制定相关静电防护措施刻不容缓。集成电路静电防护需结合芯片设计、晶圆加工、封装等多方面因素综合考虑。静电放电与集成电路性能、成品率以及可靠性有着密不可分的关系。芯片一般通过电源钳位ESD保护电路结构、电源总线ESD保护电路结构和电流分流等方面设计，利用半浮栅、镇流、衬底耦合等技术对电路进行改良，从而在静电放电时对电路进行有效的保护。晶圆加工和集成电路封装工艺线的静电防护措施类似。静电放电对集成电路的损坏具有破坏性、潜在性和缓慢失效性，在封装过程中被静电完全击穿损坏的电路，在生产或检测过程中可被剔除；但如未被静电放电完全损坏的电路，将存在潜在的可靠性隐患，即使精密的仪器也很难测出其性能的变化，但随着电路的使用，静电放电造成的累计损伤加深，严重
的导致电路失效。因此有效的系统静电防护对保证集成电路封装线电路的生产、制造等的质量和可靠性有着相当重要的意义。
3.3 封装系统弹坑问题
集成电路早期失效是影响电子产品及整机内在质量的主要因素。早期失效的形式是多样的，其中芯片表面弹坑是一个关键因素。众所周知，集成电路封装就是把芯片、引线框架经过压焊用引线连接后，再用塑封料包封起来，为集成电路芯片提供输出和保护，避免人为或环境因素的损伤，从而保证集成电路能够稳定、可靠地工作。弹坑就是在集电路封装过程中，因各种因素使芯片铝垫铝层及底层硅化合物遭破坏的一种现象。随着集成电路设计技术的快速发展，芯片小型化和多功能化使芯片内部在设计中出现多层布线，铝垫下有器件及线路的产品日益增多，同时伴随出现了铜线工艺、植球工艺等封装技术，在客户对产品的高质量、低成本的要求下，为提高产品可靠性，预防集成电路弹坑的产生及早期失效显得越来越重要。
四．IC封装展望
从技术层面看，IC封装从DIP发展到至今的WLPCSP、SOC，实现了从表层到内层的功能转换，从简单到复杂的进步。未来的封装技术，将与SMT、IC芯片制造相融合，这对IC封装会产生两个极端。①对复杂的多功能的电子设备来讲，由于要实现多功能的集合，其封装将会更趋复杂，技术的融合将进一步加剧。②由于产生了SOC，对于普通功能的电子设备来讲，系统的集成将使其外部的表现形式变得简单。IC封装仍会在一定的程度上走回归的路。
从社会需求层面上看，从简单的收音机到PC机，再到现今复杂的超级计算机，IT产业方兴未艾，社会的需求也将走向两极: ①以功能更强大、更复杂的公众IT传输电子设备，架起了信息高速传递的桥梁。②以最终的大众需求为目标的个人电子消费品，诸如PC、手机、电子办公用品等，向着微型化、个性化的方向发展：社会的需求还会向多样化、绿色化方向延伸。
从以上的规律可以看出，IC封装一方面向着更高层次方向延伸:高密度、高速度、高可靠性、多样化与环保，是它发展的趋势，是今后的主流。另一方面，发展过程中有过的一些封装形式还将在一定时期内存在:因为伴随着集成度的增加，功能的增强，原先的整机已可以化为单个的芯片，诸如一开始的半导体收音机，发展至今已成为单片收音机，小至可以塞入耳朵。
总之，随着IC产业的飞速发展及向各行业的渗透，IC封装技术与其它技术的融合，必将带来IC封装的革命，使IC封装进入一个新的时代