IC構裝技術面面觀

綠色矽島的基礎

進入二十一世紀世界的發展均建立在電子產品上，而電子產品的的基礎則是IC，電子構裝製程的目的在賦予IC元件一套組織架構，使其能發揮穩定的功能。以為電子的製程而言，電子構裝屬於產品後段的製程技術，因此構裝技術常被認為僅止於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廣泛，他應用了物理、化學、機械、材料、電機 …等知識，也使用了金屬、陶瓷、高分子等各式各樣的材料，在微電子產品功能與層次啼聲的追求中，開發IC封裝技術的重要性不亞於IC製程技術與其他微電子相關技術，故世界各國莫不戮力研究，以求得技術領先地位。

為何要封裝，封裝有這麼偉大！？

以薄膜製程技術在係或砷化鎵等晶圓上製程的IC元件尺寸極為微小，結構也極為脆弱，因此必須使用一套方法將它們''包裝''起來，以防止在取至的過程中外力的破壞，或環境因素的破壞，避免物理性質的破壞和化學性質的侵蝕，確保訊號與能量的傳遞，使其發揮功能。因此，IC封裝即在建立IC元件的保護與組織架構，它始於IC晶片製程之後，包含IC晶片的黏結固定、電路聯線、結構封膠與電路版之結合、系統組合以至於產品完成之間的所有製程，其目的包含：

(1)提供承載與結構保護的功能，保護IC裝置免於物理性質的破壞或化學性質的侵蝕
(2)提供能量的傳遞路徑與晶片的訊號分佈
(3)避免訊號延遲的產生，影響系統的運作\
(4)提供散熱的途徑

封裝技術有哪些分類？

封裝是以建立各層級間介面結合（Interconnection）為基礎的技術，其製程技術以五個不同層級區分：
第零層級（晶片層級介面結合）--IC晶片上的電路設計與製造。
第一層級（單晶片或多晶片模組）--將IC晶片封裝於殼體中，並完成電路及密封保護的製程又
　　　　　稱為模組（Module）或晶片層級封裝（Chip-level Packages）
第二層級（印刷電路板，PCB）--將第一層級封裝完成的元件組合於電路卡上的製程。
第三層級（母板）--將數個電路版組合於主機板（Board）上成為次系統的製程。
第四層級（電子產品）--將數個次系統組合成為一完整的電子產品（Gate）的製程。

事實上最近的科技演進銲線接和（Wire Bonding）、捲帶式自動接和（Tape Automated Bonding，TAB）和覆晶接和（Flip Chip）將晶片直接組裝於電路版(COB)技術的發展趨勢，第一層級和第二層級封裝間的區分變得相當模糊通常（COB）稱之為1.5層級封裝。

此外也可以利用IC元件的晶片數目、封裝材料來區分，亦或依照一些國際間標準化的相關機構所訂定統一的規範，針對IC元件的封裝型態以引腳分佈型態、和電路版的接和方式或產品的外觀形貌、內部結構等相關特性分類。

有那些IC元件？

隨著產品設計的需求使用者目的的不同，IC元件不論在內部的功能設計、組合結構或外部的元件尺寸、封裝型態、插腳數目、腳距、引距形狀乃至於構裝技術等有顯著的變化這些變化如果沒有一個統一的規格，不但在於周邊設備上無法相互搭配，一些共通的技術上亦無法相互支援，因此以美國電子器件工程聯合會JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council） 及社團法人日本電子工程協會EIAJ（Electronic Industries Association of Japan）為中心，整合了相關的變化，替IC元件的定義訂定了標準化封裝的規範。

若依材料的性質來分類可以分陶瓷封裝（Ceramic Packages）與塑膠封裝（Plastic packages），陶瓷封裝優於散熱塑膠封裝則優於自動化、低成本、薄形化等。若依IC元件與電路版結合方式分類，可分為引腳插入型（Pin-Techrough-Hole,PTH也稱之為插件型），與表面黏著型（Surface Mount Technology,SMT）兩大類，若依引腳分佈型態劃分則可以分為單邊引腳、雙邊引腳、四邊引腳與底部引腳等四種引腳分佈型態。

以下為一般IC的簡述：

DIP
PDIP元件乃由一具有倒賤價的模封塑膠體構成。PDIP發展出多樣的話的引腳，同時在分類上乃是依據在每排中相對平行的引腳跨距。在引腳數的發展限制上為8~64隻腳。

SIP
SIP元件其設計的木地是為了提供在高密度狀態下記憶體晶片封裝保護工具。由於其引腳是設計座落於沿著封裝體的一側，在置放時可以並肩放置並更相近的堆疊在一起。在引腳數的發展限制上為12~30隻腳。

PGA
PGA元件在高密度封裝上以佔有多年的優勢，其大部分被應用於高腳數、高功率極高效能的電腦上。在引腳的發展上可達68~256隻腳。

SOP
SOP一般也稱為小外型積體電路IC。具多變的腳數和封裝體尺寸，同時亦發展出較小、較薄的封裝稱為TSOP(Thin Small Outkine Package)。在引腳的方展上具有1.27、1.0、0.8mm三種間距，腳數則為8~48隻。

SOJ
SOJ乃是以導線架為主體的塑膠封裝，這類封裝元件在應用上主要拿來做DRAM。在引腳的發展上，其標準的腳距定義為50mils，腳數則為20~44隻。

PLCC
PLCC乃是最早發展在四個具有引腳的組合件。在引腳的發展上PLCC的引腳總為J型結構，其腳數最大上限發展為84隻。

QFP
PQFP乃是利用表面黏著的方式將引腳和印刷電路板固定。而隨著封裝體尺寸和腳距的改變，在腳數的發展上，就有較寬闊的範圍，約為44~304隻。

BGA
BGA球矯正陣列封裝（Ball Grid Array）技術是使用機板和錫球來取代傳統的導線架，其提供多在維繫間距的的優點，包含較佳的組裝、較優異的電子成型性及較高的I/O密度。

FC
FC乃是定義晶片以不同的連線材料和方法來使晶片表面正向機板，完成電路的連線。覆晶的優點包含了高I/O的腳數、低電子遲滯性、較小的印刷板、較低的封裝花費、較高的降伏強度和較高的可靠度。




封裝材料市場市場分析與技術現況

隨著半導體產業的高度發展，電子產品在IC元件的設計上朝向高腳數與堆功能化的需求發展，而在元件外觀上亦朝著清、薄、短、小的趨勢演進，因此在封裝製程上亦面臨諸多挑戰，諸如導線架的設計日趨複雜、封裝材料的選用、封裝製程中金線數目的高密度集積化，以及模流充填時所產生的金線拼移與薄形封裝翹曲變形等問題，都是產業界目前所遭遇，亦是機械、土木領域同學，所可投入研究的範疇，同學更可在材料力學、彈性力學的學習過程中，瞭解問題發生的真諦。

IC封裝材料的原料主要班含環氧樹脂（Epoxy）及無機性的Silica添加劑，一般分為Cresol的Block系（泛用型）及Bisphenol系（高級型），然而隨著IC封裝的小形化及高密度集積化的發展，使得導線架及基板的封裝在耐高溫上的要求變的特別嚴格，便近一度發展至Disphenol係的EMC（固態模封材料，Epoxy Molding Compound:EMC）。未來亦將朝向減少對環境有極大影響的鹵素（Halgen）及銻（Sb）難燃劑使用以及促進液態模封材料的實用化。

在全球模封材料市場中，目前主要的生產廠商皆為日商，市場佔有率高達9成以上，主要的五大廠商依序為住友、日東電工、日立化成、信越化學及松下電子等五家企業，其他尚有日商Toray、東芝及美商Deaxter、Amokor、台灣長春化學等公司。而在液態封止材料上，主要的供應商有Dexter、Hysol、Ciba、Matsushita、Toshiba等公司。

在國內，目前我國EMC約有9成以上需仰賴進口，最大宗的低應力等級產品有住友及日東，低

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