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综述:产品封装市场的最新发展

http://www.sina.com.cn 2001年06月21日 11:39 电子产品世界

  随着IC产品的应用以惊人的速度增长,支持各种产品的封装形式不断涌现出来。在最近几年里,出现了球栅阵列封装(BGA)、芯片级封装(CSP)、倒装片和叠层封装等多种新型的封装形式,它们已逐渐成为封装行业中的主流。

  尽管某些封装已在国内外各领域有多年的应用历史,它们却始终被认为是先进封装市场的关键。未来几年内,这些新型封装在产量、产值上都将大幅度提高,但对于总产量为86
0亿块的IC产品来说,还始终只是很小的一部分。

  球栅阵列封装(BGA)是在管壳底面或上表面焊有许多球状凸点,通过这些焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种先进封装技术。广义的BGA封装还包括矩栅阵列(LGA)和柱栅阵列(CGA)。矩栅阵列封装是一种没有焊球的重要封装形式,它可直接安装到印制线路板(PCB)上,比其它BGA封装在与基板或衬底的互连形式要方便的多,被广泛应用于微处理器和其他高端芯片封装上。

  芯片级封装(CSP)是一种封装外壳尺寸最接近籽芯(die)尺寸的小型封装,具有多种封装形式,其封装前后尺寸比为1:1.2。CSP有两种基本类型:一种是封装在固定的标准压点轨迹内的,另一种则是封装外壳尺寸随芯尺寸变化的。常见的CSP分类方式是根据封装外壳本身的结构来分的,它分为柔性CSP,刚性CSP,引线框架CSP和圆片级封装(WLP)。柔性CSP封装和圆片级封装的外形尺寸因籽芯尺寸的不同而不同;刚性CSP和引线框架CSP封装则受标准压点位置和大小制约。BGA和CSP封装总产量的预测如图1所示。

  图2是对今后几年BGA和CSP封装的产值预测。BGA封装产值高,CSP封装则以很快的速度逐年增长,其产量虽将超过BGA,但其产值仍然远远低于BGA封装,根本原因在于CSP封装的I/O接口数普遍较低。

  目前用于BGA和CSP封装的基板有BT树脂、柔性带、陶瓷、FR-4等等。BT树脂是BGA封装中应用最广的基板,同时,随着BGA封装在整个IC封装市场地位的不断提高,也导致对基板材料数量和种类的需求不断增长。

  最早出现的CSP封装器件是以BGA阵列为模型的,它采用的是柔性带而不是BT树脂,聚合物柔性带保证了封装内部的高集成度。CSP封装的籽芯尺寸和I/O接口数通常低于BGA。CSP与BGA的散热方式也有所不同,BGA有多种散热方式,可通过辐射、对流、传导等途径,也可在芯片上贴装散热片使热量释放出去;而CSP由于封装面积小,热量也小,通常由PCB板上的热通孔释放,PCB厚度小,阻抗很低。

  柔性带仍是目前CSP封装中应用最广泛的基板,但如同BGA一样,CSP也逐渐使用多种基板材料。柔性带的成本相当高,封装设计费用昂贵,厂家已转向寻找其它的基板以便容易实现商业化。CSP封装目前仍是新型的封装技术,封装工程师们以及市场营销人员一直在开拓新市场,同时,新的封装设计形式也在不断萌生。

  通常,管壳/基板的产值主要取决于面积(相关因素如密度、基板层数),总的基板产值包括用于PGA(引线栅阵列)和BGA、CSP封装的面积,BT树脂基板产值最大,主要决定于基板面积而非个数。柔带则从个数计算,产值居第二位,按面积计算它将落后于陶瓷载体(现居第三),因为典型的陶瓷PGA封装面积很大。

  管壳/基板的产值常是面积价格(价格/cm2)的累计。但是各种管壳/基板的封装设计不同,其具体的价格标准和表示方式也不同。通常衡量价格的因素除面积、数量外,还有基板材料,管壳容积,引线层数和引线密度等等。图3所示为1999年和2004年各种管壳/基板的产值对比,由该图可以看出,今后几年内BT树脂的产值始终保持领先地位,聚合物柔性带紧随其后。

  倒装片的发展已有将近40年的历史,它是IBM公司最先使用的封装技术。整个倒装片市场由两部分组成:壳体内倒装片(FCIP)和芯片基板直接互连(DCA)。DCA包括PCB板、柔性带、陶瓷材料、TAB载带上倒装片,或者直接在液晶显示器(LCD)玻璃板上——称之为FCOG(玻璃板上倒装片)。由于显示器驱动器市场的不断壮大,倒装片总产量在今后几年内将迅速增长。

  叠层封装在整个IC封装市场上仅占很小的一部分,而在某些产品中增长速度却相当快,使之挤身于先进封装市场之中。叠层封装是指在一个芯腔/基板上将多个籽芯竖直堆叠起来,进行籽芯与籽芯间或籽芯与管壳间互连。大部分叠层封装是两个籽芯或三个籽芯相叠,也有一些厂家生产了更多籽芯相叠的产品。最常见的是两芯相叠,如存储器/存储器的组合是应用最广泛的叠层封装产品,此外,存储器/逻辑电路和存储器,存储器/ASIC也都是常见的叠层封装产品,厂家已在计划采用更高密度的衬底。

  器件的重叠封装可使I/O接口数大大减少,因为籽芯可以共用一些信号线路。比如,FLASH和/或SRAM组合器件,50%以上的I/O是共用的。在PCB布线之前,I/O集中在基板上,因此,两个籽芯共用一个I/O。FLASH和/或SRAM在叠层封装中具有很大的市场,广泛应用于便携式电信产品中。

  Sharp公司是叠层封装技术领域的先驱,该公司生产的第一批产品是在薄型小型管壳(TOSP)内叠层封装;目前的叠层封装包括在一个TOSP内或一个CSP内叠多个裸籽芯。1999年叠层封装数量还很小,生产厂家也寥寥无几,而2000年一些厂家——包括Intel,三菱,NEC,富士通和东芝等开始批量投入生产,通过Flash和/或SRAM市场,获得相当高的产值。

  叠层封装产值1999年为1.54亿美元,2000年为2.82亿美元,预计2001年可达到4.51亿美元,2002年6.69亿美元,2003年8.94亿美元,2004年更将达9.64亿美元。

  对于半导体工业,每种先进的IC封装都有着极其重要的地位。BGA封装是整个封装工业中最主要的部分,创造了最大的产值;CSP是先进封装工业中的另一重要组成部分,应用相当广泛;倒装片和叠层封装则应用范围还有限,仅用于特定的领域。(倪琼丹编译)

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