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集成电路封装技术的演进主要为了符合终端系统产品的需求,为配合系统产品多任务、小体积的发展趋势,集成电路封装技术的演进方向即为高密度、高脚位、薄型化、小型化。半导体行业对芯片封装技术水平的划分存在不同的标准,目前国内比较通行的标准是采取封装芯片与基板的连接方式来划分,总体来讲,集成电路封装封装技术的发展可分为四个阶段:
第一阶段:20 世纪 80 年代以前(插孔原件时代)。
封装的主要技术是针脚插装(PTH),其特点是插孔安装到 PCB 上,主要形式有 SIP、DIP、PGA,它们的不足之处是密度、频率难以提高,难以满足高效自动化生产的要求。
第二阶段:20 世纪 80 年代中期(表面贴装时代).
表面贴装封装的主要特点是引线代替针脚,引线为翼形或丁形,两边或四边引出,节距为 1.27 到 0.4 mm,适合于 3-300 条引线,表面贴装技术改变了传统的 PTH 插装形式,通过细微的引线将集成电路贴装到 PCB 板上。主要形式为 SOP(小外型封装)、PLCC(塑料有引线片式载体)、PQFP(塑料四边引线扁平封装)、J 型引线 QFJ 和 SOJ、LCCC(无引线陶瓷芯片载体)等。它们的主要优点是引线细、短,间距小,封装密度提高;电气性能提高;体积小,重量轻;易于自动化生产。它们所存在的不足之处是在封装密度、I/O 数以及电路频率方面还是难以满足 ASIC、微处理器发展的需要。
第三阶段:20 世纪 90 年代出现了第二次飞跃,进入了面积阵列封装时代。
该阶段主要的封装形式有焊球阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、无引线四边扁平封装(PQFN)、多芯片组件(MCM)。BGA 技术使得在封装中占有较大体积和重量的“管脚”被“焊球”所替代,芯片与系统之间的连接距离大大缩短,BGA 技术的成功开发,使得一直滞后于芯片发展的封装终于跟上芯片发展的步伐。CSP 技术解决了长期存在的芯片小而封装大的根本矛盾,引发了一场集成电路封装技术的革命。
第四阶段:进入 21 世纪,迎来了微电子封装技术堆叠式封装时代,它在封装观念上发生了革命性的变化,从原来的封装元件概念演变成封装系统。
目前,以全球半导体封装的主流正处在第三阶段的成熟期, PQFN 和 BGA等主要封装技术进行大规模生产,部分产品已开始在向第四阶段发展。发行人所掌握的 WLCSP 封装技术可以进行堆叠式封装,发行人封装的微机电系统(MEMS)芯片就是采用堆叠式的三维封装。
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