封装的基本定义和内涵

封装（packaging，PKG）：主要是在半导体制造的后道工程中完成的。即利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过塑性绝缘介质灌封固定，构成整体主体结构的工艺。

 

封装工程：是封装与实装工程及基板技术的总和。即将半导体、电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学技术，统称为电子封装工程。

 

封装一词用于电子工程的历史并不长。在真空电子管时代，将电子管等器件安装在管座上构成电路设备一般称为组装或装配，当时还没有封装这一概念。自从三极管、IC等半导体元件的出现，改变了电子工程的历史。一方面，这些半导体元件细小柔嫩；另一方面，其性能又高，而且多功能、多规格。为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便与外电路实现可靠地电气联接，并得到有效地机械支撑、绝缘、信号传输等方面的保护作用。“封装”的概念正是在此基础上出现的。

 

封装的功能

封装最基本的功能是保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）。所以，在最初的微电子封装中，是用金属罐（Metal Can）作为外壳，用与外界完全隔离的、气密的方法，来保护脆弱的电子元件。但是，随着集成电路技术的发展，尤其是芯片钝化层技术的不断改进，封装的功能也在慢慢异化。

 

一般来说顾客所需要的并不是芯片，而是由芯片和PKG构成的半导体器件。PKG是半导体器件的外缘，是芯片与实装基板间的界面。因此无论PKG的形式如何，封装最主要的功能应是芯片电气特性的保持功能。

 

通常认为，半导体封装主要有电气特性的保持、芯片保护、应力缓和及尺寸调整配合四大功能，它的作用是实现和保持从集成电路器件到系统之间的连接，包括电学连接和物理连接。目前，集成电路芯片的I/0线越来越多，它们的电源供应和信号传送都是要通过封装来实现与系统的连接。芯片的速度越来越快，功率也越来越大，使得芯片的散热问题日趋严重，由于芯片钝化层质量的提高，封装用以保护电路功能的作用其重要性正在下降。

 

微电子封装的功能

芯片电气特性的保持功能

通过PKG的进步，满足不断发展的高性能、小型化、高频化等方面的要求，确保其功能性。

芯片保护功能

PKG的芯片保护功能很直观，保护芯片表面以及连接引线等，使在电气或物理等方面相当柔嫩的芯片免受外力损害及外部环境的影响。保证可靠性。

 

应力缓和功能

由于热等外部环境的影响或者芯片自身发热等都会产生应力，PKG缓解应力，防止发生损坏失效，保证可靠性。

 

尺寸调整配合（间距变化）功能

由芯片的微细引线间距调整到实装基板的尺寸间距，从而便于实装操作。例如，从亚微米（目前已小于 0.13μm）为特征尺寸的芯片到以10μm为单位的芯片电极凸点，再到以100μm为单位的外部引线端子，最后到以mm为单位的实装基板，都是通过PKG来实现的。在这里PKG起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用。从而可使操作费用及资材费用降低，而且提高工作效率和可靠性。保证实用性或通用性。

 

封装的范围

通常，从FAB厂制造的晶圆开始，可以将电子封装，按照制造的时间先后顺序分为三个层次。

 

一级封装

一级封装是用封装外壳将芯片封装成单芯片组件（SCM）和多芯片组件（MCM）。半导体芯片和封装体的电学互联，通常有三种实现途径，引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）和倒装焊（Flip Chip），一级封装的可以使用金属、陶瓷，塑料（聚合物）等包封材料。封装工艺设计需要考虑到单芯片或者多芯片之间的布线，与PCB节距的匹配，封装体的散热情况等。

 

二级封装

二级封装是印刷电路板的封装和装配，将一级封装的元器件组装到印刷电路板（PCB）上，包括板上封装单元和器件的互连，包括阻抗的控制、连线的精细程度和低介电常数材料的应用。除了特别要求外，这一级封装一般不单独加封装体，具体产品如计算机的显卡，PCI数据采集卡等都属于这一级封装。如果这一级封装能实现某些完整的功能，需要将其安装在同一的壳体中，例如Ni公司的USB数据采集卡，创新的外置USB声卡等。

 

三级封装

三级封装是将二级封装的组件查到同一块母板上，也就是关于插件接口、主板及组件的互连。这一级封装可以实现密度更高，功能更全组装，通常是一种立体组装技术。例如一台PC的主机，一个NI公司的PXI数据采集系统,汽车的GPS导航仪，这些都属于三级微电子封装的产品。