电子构装(Electronic59.docVIP

10-1 前言 電子構裝(Electronic Packaging)也被稱為電子封裝，它的目的在賦予積體電路元件(ICs)一套組織架構，使其能發揮既定的功能。以微電子產品的製程觀之，電子構裝屬於產品後段的製程技術，因此構裝常被認為只是積體電路製程技術的配角之一。事實上，構裝技術的範圍涵蓋極廣，它應用了物理、化學、材料、機械、電機LL 等學門的知識，也使用金屬、陶瓷、高分子等各式各樣的材料，在微電子產品功能與層次提升的追求中，開發構裝技術的重要性不亞於IC製程技術與其它的微電子相關製程技術，故世界各主要電子工業國莫不戮力研究，以求得技術領先的地位。 10-1-1 構裝的目的 以薄膜製程技術在矽或砷化鎵等晶圓上製成的IC元件尺寸極為微小，結構也極其脆弱，因此必須使用一套方法把它們“包裝”起來，以防止在輸送與取置過程中外力或環境因素的破壞；此外，積體電路元件也必須與電阻、電容等被動元件組合成為一個系統才可以發揮既定的功能。電子構裝即在建立IC元件的保護與組織架構，它始於IC晶片製成之後，包括IC晶片的黏結固定、電路連線、結構密封、與電路板之接合、系統組合、以至於產品完成之間的所有製程，其目的為完成IC晶片與其它必要之電路零件的組合，以傳遞電能與電路訊號、提供散熱途徑、承載與結構保護等功能(見圖10-1)。 10-1-2 構裝的技術層次區分 從IC晶片的黏結固定開始到產品的完成，電子構裝的製程技術常以圖10-2所示的四個不同的層次(Level)區分之，第一層次係指將IC晶片黏結於一構裝殼體中並完成其中的電路連線與密封保護之製程，又常稱為模組(Module)或晶片層次構裝(Chip-level Packages)；第二層次構裝係指將第一層次構裝完成的元件組合於一電路卡(Card)上的製程；第三層次則指將數個電路板組合於一主機板(Board)上成為一次系統的製程；第四層次則為將數個次系統組合成為一完整的電子產品(Gate)的製程。IC晶片上的連線製程也被稱為第零層次的構裝，故電子構裝的製程有時又以五個不同的層次區分之。 電子構裝是一門跨學門的工程技術，它是產品電性、熱傳導、可靠度、可應用的材料與製程技術、以及成本價格等因素最佳化的整合，因此構裝的製程中知識技術與材料的運用有相當的彈性，例如，混成電路(Hybrid Circuits)是混合第一層次與第二層次技術的構裝方法；晶片直接組裝(Chip-on-Board，COB)省略第一層次構裝，直接將IC晶片接合在屬於第二層次構裝的電路板上。隨著製程技術與新型材料不斷地被開發出來，電子構裝技術也呈現多樣之變化，故前述的技術層次區分亦非一成不變的準則。 10-1-3 構裝的分類 依構裝中組合的IC晶片數目，電子構裝可區分為單晶片構裝(Single Chip Packages，SCP)與多晶片構裝(Multichip Packages，MCP)兩大類，多晶片構裝也包括多晶片模組構裝(Multichip Module，MCM)。依密封的材料區分，塑膠與陶瓷為主要的種類，這兩種構裝的製程基本步驟如圖10-3所示。陶瓷構裝(Ceramic Packages)熱傳導性質優良，可靠度佳，塑膠構裝(Plastic Packages)的熱性質與可靠度雖遜於陶瓷構裝，但它具有製程自動化、低成本、薄型化構裝等優點，而且隨著製程技術與材料的進步，其可靠度已有相當之改善，塑膠構裝為目前市場的大宗。 依元件與電路板接合方式，構裝可區分為引腳插入型(Pin-Through-Hole，PTH，也稱為插件型)與表面黏著型(Surface Mount Technology，SMT)兩大類，PTH元件的引腳為細針狀或薄板狀金屬，以供插入腳座(Socket)或電路板的導孔(Via)中進行銲接固定(見圖10-4(a))；SMT元件則先黏貼於電路板上後再以銲接固定，它具有海鷗翅型(Gull Wing或L-lead)、鉤型(J-lead)、直柄型(Butt或I-lead)之金屬引腳，或電極凸塊引腳(也稱為無引腳化元件) (見圖10-4(b))；捨棄第一層次構裝直接將IC晶片黏結到基板上，再進行電路連線與塗封保護的裸晶型(Bare Chip)構裝亦被歸類於SMT 接合的一種，此種構裝也被稱為晶片直接粘結(Direct Chip Attach，DCA)構裝(3)，它更能符合“輕、薄、短、小”的趨向，因此成為新型構裝技術研究的熱門題目之一。 以引腳分布形態區分，構裝元件有單邊引腳、雙邊引腳、四邊引腳與底部引腳等四種。常見的單邊引腳元件有單列式構裝(Single Inline Packages，SIP)與交叉引腳構裝(Zig-zag Inline Packages，ZIP)；雙邊引腳元件有雙列式構裝(Dual Inline Pa