第一節(jié) 定義、性能及應(yīng)用特點

1、定義

封裝，是指半導(dǎo)體集成電路的全包封或部分包封體，它可以提供機械保護、環(huán)境保護以及外形尺寸。封裝可以包含或提供引出端，它對集成電路的熱性能產(chǎn)生影響。

底座，封裝體中用來安裝半導(dǎo)體芯片并已具備了芯片焊接（粘接）、引線鍵合和引出端等功能的部分，它是封裝結(jié)構(gòu)的集體。

底板，在陶瓷封裝中，構(gòu)成底座的一種片狀陶瓷。

蓋板（管帽），在陶瓷封裝底座上，采用陶瓷制成片狀或帽狀結(jié)構(gòu)，封接后對整個封裝形成密封的一個零件。

丄框，裝在陶瓷封裝表面上的一個金屬或陶瓷件在其上可焊接一個用于密封的蓋板。

引線框架，采用沖制或刻蝕工藝制造，使具有一定幾何圖形和規(guī)定外形尺寸，提供陶瓷熔封或塑料封裝引出線的一個或一組金屬零件。

2、性能

陶瓷封裝屬氣密性封裝，這種封裝的優(yōu)點是：

1）耐濕性好，不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。

2）熱沖擊實驗和溫度循環(huán)實驗后不產(chǎn)生損傷，機械強度高。

3）熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高。

4）氣密性好，芯片和電路不受周圍環(huán)境影響。

3、應(yīng)用特點

陶瓷封裝外殼適用于航空航天、軍事工程所用的高可靠、高頻、耐高溫、氣密性強的產(chǎn)品封裝。目前，陶瓷封裝雖然在整個封裝 行業(yè) 里所占比例不大，卻是性能比較完善的封裝方式。在要求高密封的場合，唯一只能選用陶瓷封裝外殼。據(jù)報道，在功耗30W以內(nèi)，陶瓷封裝外殼是最佳選擇。

第二節(jié) 發(fā)展歷程

IC封裝歷史始于30多年前。當(dāng)時采用金屬和陶瓷兩大類封殼，它們曾是電子工業(yè)界的“轅馬”，憑其結(jié)實、可靠、散熱好、功耗大、能承受嚴酷環(huán)境條件等優(yōu)點，廣泛滿足從消費類電子產(chǎn)品到空間電子產(chǎn)品的需求。但它們有諸多制約因素，即重量、成本、封裝密度及引腳數(shù)。最早的金屬殼是TO型，俗稱“禮帽型”；陶瓷殼則是扁平長方形。

大約在20世紀60年代中期，仙童公司開發(fā)出塑料雙列直插式封裝（PDIP），有8條引線。隨著硅技術(shù)的發(fā)展，芯片尺寸愈來愈大，相應(yīng)地封殼也要變大。到60年代末，四邊有引線較大的封裝出現(xiàn)了。那時人們還不太注意壓縮器件的外形尺寸，故而大一點的封殼也可以接受。但大封殼占用PCB面積多，于是開發(fā)出引線陶瓷芯片載體（LCCC）。1976年～1977年間，它的變體即塑料有引線載體（PLCC）面世，且生存了約10年，其引腳數(shù)有16個～132個。

20世紀80年代中期開發(fā)出的四方型扁平封裝（QFP）接替了PLCC。當(dāng)時有凸緣QFP（BQFP）和公制MQFP（MQFP）兩種。但很快MQFP以其明顯的優(yōu)點取代了BQFP。其后相繼出現(xiàn)了多種改進型，如薄型QFP（TQFP）、細引腳間距QFP（VQFP）、縮小型QFP（SQFP）、塑料QFP（PQFP）、金屬Q(mào)FP(MetalQFP)、載帶QFP（TapeQFP）等。這些QFP均適合表面貼裝。但這種結(jié)構(gòu)仍占用太多的PCB面積，不適應(yīng)進一步小型化的要求。因此，人們開始注意縮小芯片尺寸，相應(yīng)的封裝也要盡量小。實際上，1968年～1969年，菲利浦公司就開發(fā)出小外形封裝（SOP）。以后逐漸派生出J型引腳小外型封裝（SOJ）、薄小外形封裝（TSOP）、甚小外形封裝（VSOP）、縮小型SOP（SSOP）、薄的縮小型SOP（TSSOP）及小外形晶體管（SOT）、小外型集成電路（SOIC）等。這樣，IC的塑封殼有兩大類：方型扁平型和小型外殼型。前者適用于多引腳電路，后者適用于少引腳電路。

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，芯片的功能愈來愈強，需要的外引腳數(shù)也不斷增加，再停留在周邊引線的老模式上，即使把引線間距再縮小，其局限性也日漸突出，于是有了面陣列的新概念，誕生了陣列式封裝。

陣列式封裝最早是針柵陣列（PGA），引腳為針式。將引腳形狀變通為球形凸點，即有球柵陣列(BGA）；球改為柱式就是柱柵陣列(CGA）。后來更有載帶BGA(TBGA）、金屬封裝BGA(MBGA）、陶瓷BGA(CBGA）、倒裝焊BGA(FCBGA）、塑料BGA(PBGA）、增強型塑封BGA(EPBGA）、芯片尺寸BGA(D2BGA）、小型BGA(MiniBGA）、微小型BGA(MicroBGA）及可控塌陷BGA(C2BGA)等。BGA成為當(dāng)今最活躍的封裝形式。

歷史上，人們也曾試圖不給IC任何封裝。最早的有IBM公司在20世紀60年代開發(fā)的C4（可控塌陷芯片連接）技術(shù)。以后有板上芯片(COB）、柔性板上芯片(COF）及芯片上引線(LOC）等。但裸芯片面臨一個確認優(yōu)質(zhì)芯片（KGD）的問題。因此，提出了既給IC加上封裝又不增加多少“面積”的設(shè)想，1992年日本富士通首先提出了芯片尺寸封裝(CSP)概念。很快引起國際上的關(guān)注，它必將成為IC封裝的一個重要熱點。

另一種封裝形式是貝爾實驗室大約在1962年提出，由IBM付諸實現(xiàn)的帶式載體封裝（TCP）。它是以柔性帶取代剛性板作載體的一種封裝。因其價格昂貴、加工費時，未被廣泛使用。

上述種類繁多的封裝，其實都源自20世紀60年代就誕生的封裝設(shè)想。推動其發(fā)展的因素一直是功率、重量、引腳數(shù)、尺寸、密度、電特性、可靠性、熱耗散，價格等。

可以這樣粗略地歸納封裝的發(fā)展進程：結(jié)構(gòu)方面TO→DIP→LCC→QFP→BGA→CSP；材料方面是金屬→陶瓷→塑料；引腳形狀是長引線直插→短引線或無引線貼裝→球狀凸點；裝配方式是通孔封裝→表面安裝→直接安裝。

第三節(jié) 所處產(chǎn)業(yè)鏈的位置

多層陶瓷集成電路封裝外殼產(chǎn)業(yè)鏈

第四節(jié) 上游 行業(yè) 發(fā)展?fàn)顩r 分析

高密度、氣密性陶瓷封裝外殼對陶瓷材料的主要要求是：熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高，耐濕性好。陶瓷封裝材料主要有Al2O3、BeO、SiC、Si3N4等，它們經(jīng)成形、裝配、燒結(jié)后制作管殼。

1、Al2O3陶瓷

傳統(tǒng)的陶瓷封裝材料是Al2O3陶瓷，成分從85%到99.9%。隨著Al2O3含量增加，熱導(dǎo)率增加。摻雜某些物質(zhì)可滿足特殊封裝的需要。Al2O3陶瓷的優(yōu)點是有好的絕緣性，好的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，價格低，因而是目前主要的陶瓷封裝材料。國內(nèi)Al2O3瓷料的主要生產(chǎn)廠家有鄭州鋁廠、國營南京772廠、國營成都715廠、宜興電子器材總廠。

2、SiC陶瓷

在幾種陶瓷封裝材料中，SiC的熱導(dǎo)率很高，是Al2O3的13倍，熱膨脹系數(shù)也低于Al2O3和AlN。但是，SiC的介電常數(shù)太高，是AlN的4倍，所以僅適用于密度較低的封裝而不適用于高密度封裝。

3、AlN陶瓷

AlN陶瓷是被國內(nèi)外專家最為看好的封裝材料。AlN是一種具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Ⅲ-V族化合物，它具有與SiC相接近的高熱導(dǎo)率，熱膨脹系數(shù)低于Al2O3，斷裂強度大于Al2O3，其維氏硬度是Al2O3的一半。與同等的Al2O3相比，AlN的低密度使重量降低20%。

封裝用AlN的制造方法有兩種：

1）Al2O3碳熱還原法，其反應(yīng)式為：Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO

2）直接氮化金屬鋁。與碳熱反應(yīng)相比較，直接氮化反應(yīng)制得AlN粉體的顆粒尺寸分布范圍較寬，平均顆粒尺寸較大。通常在氮氣氛中約1800℃下燒結(jié)AlN。燒結(jié)助劑Y2O3或CaO從AlN表面或晶格上獲得氧，在晶界三相點處形成液體晶界相(Y-Al-O或Ca-Al-O)或者遷移到AlN燒結(jié)體表面。這促進了AlN致密化和晶粒生長，同時能防止氧原子擴散到AlN晶粒中，使之能夠?qū)崿F(xiàn)高達200W/m·K以上熱導(dǎo)率的一種有效方法。在有添加成分和無添加成分下熱壓燒結(jié)AlN，熱導(dǎo)率均隨原料粉體的氧含量增加而下降，所以原料粉體的氧含量不能超過1%。

由于AlN封裝材料具有諸多優(yōu)良性能，引起國內(nèi)外封裝界的重視。日本開展該材料研制最早，技術(shù)也最成熟，1983年就研制出熱導(dǎo)率為260W/m·K的AlN封裝與基片材料。當(dāng)前日本制作AlN粉體的主要公司有KYOCERA、NTK、德山曹達、東洋鋁業(yè)、電氣化學(xué)工業(yè)、三井東壓化學(xué)。日本正在開發(fā)AlN封裝陶瓷的公司有京陶、日本特殊陶業(yè)、住友金屬工業(yè)、富士通、東芝、日本電氣等。國內(nèi)AlN陶瓷封裝材料的生產(chǎn)廠家主要有:國營成都715廠、中國電子科技集團公司第43 研究 所、建材院特種陶瓷 研究 所、江蘇宜興電子器材總廠、南京化工學(xué)院、無錫微電子科研中心等。2001年，國內(nèi)生產(chǎn)AlN、Al2O3陶瓷粉料約1200噸，在封裝市場上供不應(yīng)求。

第五節(jié) 下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 分析

2008年受世界經(jīng)濟低迷和全球金融危機的影響，全球集成電路 行業(yè) 呈現(xiàn)周期性放緩，我國集成電路 行業(yè) 保持低速增長態(tài)勢，產(chǎn)銷和收入增速穩(wěn)中有降，結(jié)構(gòu)調(diào)整進一步加快，企業(yè)兼并重組增多，市場格局和 行業(yè) 發(fā)展出現(xiàn)很多新的變化。

“十五”期間，我國集成電路產(chǎn)業(yè)年均增長30%以上，但從2007年4季度起，受全球集成電路 行業(yè) 不景氣的影響， 行業(yè) 銷售收入增速有所下降。2008年，集成電路 行業(yè) 完成銷售收入2107.3億元，同比增長5.2%，增速比上年下降6.8個百分點;完成出口243億美元，同比增長3.4%，增速比上年下降12.6個百分點。

2008年我國集成電路 行業(yè) 銷售收入增長情況

                                                                                                   單位：億元

受全球金融危機與世界集成電路市場大幅下滑的影響，2009年我國IC產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)較大幅度的負增長。2009年產(chǎn)業(yè)銷售收入增幅約在-16%左右，規(guī)模約為1040億元。前三季度國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量為321.15億塊，同比增幅為-14.3%，全年國內(nèi)集成電路產(chǎn)量增速約為-10%，規(guī)模約為375億塊。

自2008年三季度以來，由于受全球金融危機迅速波及實體經(jīng)濟的影響，國內(nèi)外半導(dǎo)體市場迅速出現(xiàn)大幅下滑，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)受以上因素的影響也出現(xiàn)前所未有的深度下滑。但隨著國家拉動內(nèi)需政策的迅速制定與深入實施，以及國際市場環(huán)境的逐步好轉(zhuǎn)，國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)顯著的觸底回升勢頭。2009年1季度產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)最低點，全 行業(yè) 銷售收入的同比降幅達到34.1%。之后產(chǎn)業(yè)開始逐步回升，2季度全 行業(yè) 銷售收入同比降幅已收窄至23.9%，3季度降幅更進一步收窄至21%。4季度產(chǎn)業(yè)狀況更進一步好轉(zhuǎn)。

從2009年IC設(shè)計、芯片制造以及封裝測試三業(yè)發(fā)展來看，其情況不盡相同。受家電下鄉(xiāng)、家電以舊換新、3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等一系列刺激內(nèi)需政策的拉動，2009年國內(nèi)IC設(shè)計業(yè)在內(nèi)需市場的帶動下逆勢增長，全年IC設(shè)計業(yè)增速超過11%，規(guī)模超過260億元。

與IC設(shè)計業(yè)主要面向內(nèi)需市場不同，國內(nèi)芯片制造與封裝測試業(yè)的對外依存度極高，受國際市場的影響也更大。受出口大幅下滑的影響，2009年芯片制造與封裝測試業(yè)出現(xiàn)了較大幅度的下降。但隨著出口形勢的不斷好轉(zhuǎn)，芯片制造業(yè)已開始逐步回升。全年芯片制造業(yè)降幅將收窄至16%左右，規(guī)模約為330億元。

受出口下滑以及奇夢達公司破產(chǎn)保護的雙重影響，國內(nèi)封裝測試業(yè)也出現(xiàn)較大幅度的負增長。全年封裝測試業(yè)銷售收入的降幅有所收窄，但仍在-28%左右。規(guī)模約為445億元。

展望2010年，隨著世界經(jīng)濟的逐步復(fù)蘇，國內(nèi)外集成電路市場將顯著回升。在市場需求的拉動下，預(yù)計國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)也將呈現(xiàn)快速回升增長的勢頭。

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