第一節(jié) 定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)

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(jī)械保護(hù)、環(huán)境保護(hù)以及外形尺寸。封裝可以包含或提供引出端，它對(duì)集成電路的熱性能產(chǎn)生影響。

底座，封裝體中用來(lái)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(duì)整個(gè)封裝形成密封的一個(gè)零件。

丄框，裝在陶瓷封裝表面上的一個(gè)金屬或陶瓷件在其上可焊接一個(gè)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(gè)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(diǎn)是：

1）耐濕性好，不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。

2）熱沖擊實(shí)驗(yàn)和溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)后不產(chǎn)生損傷，機(jī)械強(qiáng)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?chē)h(huán)境影響。

3、應(yīng)用特點(diǎn)

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(qiáng)的產(chǎn)品封裝。目前，陶瓷封裝雖然在整個(gè)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(chǎng)合，唯一只能選用陶瓷封裝外殼。據(jù)報(bào)道，在功耗30W以?xún)?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(shí)采用金屬和陶瓷兩大類(lèi)封殼，它們?cè)请娮庸I(yè)界的“轅馬”，憑其結(jié)實(shí)、可靠、散熱好、功耗大、能承受?chē)?yán)酷環(huán)境條件等優(yōu)點(diǎn)，廣泛滿(mǎn)足從消費(fèi)類(lèi)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(chēng)“禮帽型”；陶瓷殼則是扁平長(zhǎng)方形。

大約在20世紀(jì)60年代中期，仙童公司開(kāi)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(lái)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(shí)人們還不太注意壓縮器件的外形尺寸，故而大一點(diǎn)的封殼也可以接受。但大封殼占用PCB面積多，于是開(kāi)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(gè)～132個(gè)。

20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)出的四方型扁平封裝（QFP）接替了PLCC。當(dāng)時(shí)有凸緣QFP（BQFP）和公制MQFP（MQFP）兩種。但很快MQFP以其明顯的優(yōu)點(diǎn)取代了BQFP。其后相繼出現(xiàn)了多種改進(jìn)型，如薄型QFP（TQFP）、細(xì)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(jìn)一步小型化的要求。因此，人們開(kāi)始注意縮小芯片尺寸，相應(yīng)的封裝也要盡量小。實(shí)際上，1968年～1969年，菲利浦公司就開(kāi)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(lèi)：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(lái)愈強(qiáng)，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(diǎn)，即有球柵陣列(BGA）；球改為柱式就是柱柵陣列(CGA）。后來(lái)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(qiáng)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(jì)60年代開(kāi)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(gè)確認(rèn)優(yōu)質(zhì)芯片（KGD）的問(wèn)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(guó)際上的關(guān)注，它必將成為IC封裝的一個(gè)重要熱點(diǎn)。

另一種封裝形式是貝爾實(shí)驗(yàn)室大約在1962年提出，由IBM付諸實(shí)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(jià)格昂貴、加工費(fèi)時(shí)，未被廣泛使用。

上述種類(lèi)繁多的封裝，其實(shí)都源自20世紀(jì)60年代就誕生的封裝設(shè)想。推動(dòng)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(jià)格等。

可以這樣粗略地歸納封裝的發(fā)展進(jìn)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(zhǎng)引線直插→短引線或無(wú)引線貼裝→球狀凸點(diǎn)；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(duì)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(mǎn)足特殊封裝的需要。Al2O3陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是有好的絕緣性，好的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，價(jià)格低，因而是目前主要的陶瓷封裝材料。國(guó)內(nèi)Al2O3瓷料的主要生產(chǎn)廠家有鄭州鋁廠、國(guó)營(yíng)南京772廠、國(guó)營(yíng)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?xún)H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(guó)內(nèi)外專(zhuān)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(qiáng)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?dú)夥罩屑s1800℃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(diǎn)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(jìn)了AlN致密化和晶粒生長(zhǎng)，同時(shí)能防止氧原子擴(kuò)散到AlN晶粒中，使之能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)200W/m·K以上熱導(dǎo)率的一種有效方法。在有添加成分和無(wú)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(guò)1%。

由于AlN封裝材料具有諸多優(yōu)良性能，引起國(guó)內(nèi)外封裝界的重視。日本開(kāi)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(dá)、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(kāi)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(guó)內(nèi)AlN陶瓷封裝材料的生產(chǎn)廠家主要有:國(guó)營(yíng)成都715廠、中國(guó)電子科技集團(tuán)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(wú)錫微電子科研中心等。2001年，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)AlN、Al2O3陶瓷粉料約1200噸，在封裝市場(chǎng)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(jì)低迷和全球金融危機(jī)的影響，全球集成電路 行業(yè) 呈現(xiàn)周期性放緩，我國(guó)集成電路 行業(yè) 保持低速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，產(chǎn)銷(xiāo)和收入增速穩(wěn)中有降，結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)一步加快，企業(yè)兼并重組增多，市場(chǎng)格局和 行業(yè) 發(fā)展出現(xiàn)很多新的變化。

“十五”期間，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)年均增長(zhǎng)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(xiāo)售收入增速有所下降。2008年，集成電路 行業(yè) 完成銷(xiāo)售收入2107.3億元，同比增長(zhǎng)5.2%，增速比上年下降6.8個(gè)百分點(diǎn);完成出口243億美元，同比增長(zhǎng)3.4%，增速比上年下降12.6個(gè)百分點(diǎn)。

2008年我國(guó)集成電路 行業(yè) 銷(xiāo)售收入增長(zhǎng)情況

                                                                                                   單位：億元

受全球金融危機(jī)與世界集成電路市場(chǎng)大幅下滑的影響，2009年我國(guó)IC產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)較大幅度的負(fù)增長(zhǎng)。2009年產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售收入增幅約在-16%左右，規(guī)模約為1040億元。前三季度國(guó)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(guó)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(lái)，由于受全球金融危機(jī)迅速波及實(shí)體經(jīng)濟(jì)的影響，國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體市場(chǎng)迅速出現(xiàn)大幅下滑，國(guó)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(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需政策的迅速制定與深入實(shí)施，以及國(guó)際市場(chǎng)環(huán)境的逐步好轉(zhuǎn)，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)顯著的觸底回升勢(shì)頭。2009年1季度產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)最低點(diǎn)，全 行業(yè) 銷(xiāo)售收入的同比降幅達(dá)到34.1%。之后產(chǎn)業(yè)開(kāi)始逐步回升，2季度全 行業(yè) 銷(xiāo)售收入同比降幅已收窄至23.9%，3季度降幅更進(jìn)一步收窄至21%。4季度產(chǎn)業(yè)狀況更進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。

從2009年IC設(shè)計(jì)、芯片制造以及封裝測(cè)試三業(yè)發(fā)展來(lái)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(dòng)，2009年國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)業(yè)在內(nèi)需市場(chǎng)的帶動(dòng)下逆勢(shì)增長(zhǎng)，全年IC設(shè)計(jì)業(yè)增速超過(guò)11%，規(guī)模超過(guò)260億元。

與IC設(shè)計(jì)業(yè)主要面向內(nèi)需市場(chǎng)不同，國(guó)內(nèi)芯片制造與封裝測(cè)試業(yè)的對(duì)外依存度極高，受?chē)?guó)際市場(chǎng)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(cè)試業(yè)出現(xiàn)了較大幅度的下降。但隨著出口形勢(shì)的不斷好轉(zhuǎn)，芯片制造業(yè)已開(kāi)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(mèng)達(dá)公司破產(chǎn)保護(hù)的雙重影響，國(guó)內(nèi)封裝測(cè)試業(yè)也出現(xiàn)較大幅度的負(fù)增長(zhǎng)。全年封裝測(cè)試業(yè)銷(xiāo)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(jì)的逐步復(fù)蘇，國(guó)內(nèi)外集成電路市場(chǎng)將顯著回升。在市場(chǎng)需求的拉動(dòng)下，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)也將呈現(xiàn)快速回升增長(zhǎng)的勢(shì)頭。

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