电子元件封装技术发展史

早在20世纪90年代，电子产品就已朝着便携性，小型化，网络化和多媒体方向发展，所有这些都对电子组装技术提出了相应的要求：
•每单位体积的信息量改进，即高密度;
•每单位时间处理速度提高，即速度更快。

为了满足上述要求，电路组件的功能密度必须是改进，这成为鼓励电子元件封装技术进一步发展的必要因素。

随着封装尺寸缩小，此后相互连接效率提高。连接效率是指芯片的最大尺寸与封装尺寸之间的比率。在20世纪90年代初，PQFP（塑料四方扁平封装）的连接效率最高可达0.3。然后，CSP（芯片级封装）的连接比率高达0.8至0.9。到目前为止，最新一代封装的连接比率高于COB（板上芯片），这相当于FC（倒装芯片）封装。

将来，包装技术将朝着以下趋势发展：
•部分CSP将成为标准化和批量生产;
•CSP工业将建立一些基础工业，包括材料，装配，测试和车载装配等;
•FC封装技术和相应的基础工业将得到进一步发展;
•WLCSP（晶圆级芯片规模封装）将与相应的行业起飞。

引脚从外围拉伸到阵列

数十年来，组件封装技术不断发展，与IC的进步兼容（集成电路） ）。任何一代IC都需要一定代封装技术，SMT（表面贴装技术）的进步将元件封装技术推向了一个新的高度。在60年代或70年代应用的中小型IC在很大程度上取决于TO（晶体管轮廓）封装，然后开发出DIP（双列直插式封装）和PDIP（塑料双列直插式），后来发挥领先作用在那段时间里的作用。

随着20世纪80年代SMT的出现，IC封装首选LCC（无铅陶瓷载体），PLCC（塑料无铅陶瓷载体）和SOP（小外形封装），因为它们是更符合SMT要求短引线或无引线。然后，经过数十年的研究和开发，QFP（四方扁平封装）不仅得到了LSI封装所拥有的封装问题，而且在PCB（印刷电路板）上的SMT组装也顺利进行。上面提到的关于QFP的所有优点使其在使用SMT的电子产品中占据突出地位，直到今天仍然如此。 QFP引线在四个侧面上表现得像鸥翼，包含比SOP更多的I/O引脚，仅包括两侧的鸥翼引线。为了更加兼容电子组装密度的进一步发展，QFP的引脚间距从1.27mm发展到0.3mm，进一步提高了I/O引脚数和封装体积。结果，电子组装产生了更多的困难，导致合格率降低和组装成本提高。此外，由于元件引线框架制造精度的制造技术的限制，0.3mm已成为QFP引线间距的极限，这极大地阻止了组装密度的上升。因此，可以预见到QFP的进展已经结束。因此，人们开始寻找其他类型的包，例如BGA（球栅阵列）。 BGA封装的I/O引脚以阵列形式作为球或列分布在封装下。此外，BGA封装具有大的引线间距和短引线，这有利于解决由细间距元件中的引线引起的共面性和翘曲问题。 BGA技术的优势在于其I/O引脚数和间距增加的能力，这进一步解决了QFP技术拥有的高I/O引脚数导致的高成本和低可靠性问题。

BGA的出现可以看作是封装技术的突破，因为它不仅能够包含更多的I/O引脚，而且可以设计成双层或多层以符合IC的功能同样。因此，它能够优化电阻器，将两个或多个芯片放置在同一基板上进行互连，然后封装在同一个外壳中，即MCM（多芯片模块）。如果使用FC技术，则连接不需要金属线的参与。因此，有利于提高IC运行速度，降低复杂度和功耗。

BGA的开发

BGA是表面阵列封装类型适用于SMT。 20世纪60年代看到了BGA的研究，而其实用的应用在1989年之后起飞。由于塑料包装是由摩托罗拉和Citizen在1989年开发的，因此大大鼓励了BGA的开发和应用。 1991年，PBGA（塑料球栅阵列）采用树脂基板开发，适用于无线电发射接收器和计算机。 1993年，PBGA开始在市场上曝光，为其务实的国家做好准备。早在1995年，BGA封装就开始被广泛应用。到目前为止，PBGA组件主要应用于电信产品，远程通信设备，计算机系统和工作站。

在BGA封装的所有优点中，关键在于其应用焊球的阵列分布，使其在引脚之间具有大的间距，这极大地提高了组装性能。因此，可以开发和应用BGA封装。然而，PBGA也存在一些问题。例如，塑料包装往往会吸收湿气;基板往往会翘曲;焊接后，所有类型的BGA元件都难以检查和返工。所有提到的问题都使得BGA封装在极端环境中应用后面临可靠性挑战。但是，这些问题已在一定程度上得到解决。例如，CBGA（陶瓷球栅阵列）有助于防止湿度吸收问题; TBGA（带式球栅阵列）也可以防止湿度吸收问题，并且被认为是具有大量I/O引脚和高性能的低成本封装。现在已经开发了许多类型的BGA组件并且克服了技术问题，早在1998年就开始广泛应用BGA.QFP首先被选择用于I/O引脚的应用，其数量低于200而BGA首次被选中适用于数量超过200的I/O引脚的应用。

BGA和FC的绑定

BGA封装的绑定和FC技术具有以下优势：•I/O引脚数可以非常高（1,000到2,000），并且可以为许多I/O引脚调用高级MCM;
•可以减少寄生电参数和阻抗串扰可以减少5到10倍;
•金属线焊接时间可以缩短。
•更高的散热性能;
•尺寸更小。

CSP

虽然BGA的蓬勃发展成功解决了QFP必须面对的困难，但BGA封装仍然不能完全满足要求电子产品朝着小型化，多功能或更高可靠性的方向发展，不能进一步满足提高封装效率或达到固有传输速率的要求。结果，CSP进入了舞台。

与BGA具有相同的结构，CSP和BGA之间的区别在于其较小的焊球直径，更细的间距和更薄，因此更多I/O引脚可在同一封装区域内使用，即组装密度增加。换句话说，CSP是BGA的一个小版本。

到目前为止，最流行的CSP是WLCSP，具有以下优点：•晶圆和WLCSP组件均可在同一生产线上生产，生产计划和生产实施可以优化;•硅制造技术及更高版本包装测试可以在同一个地方进行，自动化的晶圆制造水平得到提高;•可以降低测试成本和投资成本;•可以优化物流工作。