原创 半导体集成电路封装的历程

xx半导体 - 半导体集成电路封装的历程
IC封装历史始于30多年前。当时采用金属和陶瓷两大类封壳，它们曾是电子工业界的“辕马”，凭其结实、可靠、散热好、功耗大、能承受严酷环境条件等优点，北京买狗广泛满足从消费类电子产品到空间电子产品的需求。但它们有诸多制约因素，即重量、成本、封装密度及引脚数。最早的金属壳是TO型，俗称“礼帽型”；陶瓷壳则是扁平长方形。

大约在20世纪60年代中期，仙童公司开发出塑料双列直插式封装（PDIP），有8条引线。随着硅技术的发展，芯片尺寸愈来愈大，相应地封壳也要变大。到60年代末，四边有引线较大的封装出现了。那时人们还不太注意压缩器件的外形尺寸，故而大一点的封壳也可以接受。但大封壳占用PCB面积多，于是开发出引线陶瓷芯片载体卖狗（LCCC）。1976年～1977年间，它的变体即塑料有引线载体（PLCC）面世，且生存了约10年，其引脚数有16个～132个。

20世纪80年代中期开发出的四方型扁平封装（QFP）接替了PLCC。当时有凸缘QFP（BQFP）和公制MQFP（MQFP）两种。但很快MQFP以其明显的优点取代了BQFP。其后相继出现了多种改进型，如薄型QFP（TQFP）、细引脚间距QFP（VQFP）、缩小型QFP（SQFP）、塑料QFP（PQFP）、金属QFP(MetalQFP)、载带QFP（TapeQFP）等。这些QFP均适合表面贴装。但这种结构仍占用太多的PCB面积，不适应进一步小型化的要求。因此，人们开始注意缩小芯片尺寸，相应的封装也要尽量小。实际上，1968年～1969年，菲利浦公司就开发出小外形封装（SOP）。以后逐渐派生出J型引脚小外型封装（SOJ）、薄小外形封装（TSOP）、甚小外形封装（VSOP）、缩小型SOP（SSOP）、薄的缩小型SOP（TSSOP）及小外形晶体管（SOT）、小外型集成电路（SOIC）等。这样，IC的塑封壳有两大类：方型扁平型和小型外壳型。前者适用于多引脚电路，后者适用于少引脚电路。 随着半导体工业的飞速发展，芯片的功能愈来愈强，需要的外引脚数也不断增加，再停留在周边引线的老模式上，即使把引线间距再缩小，其局限性也日渐突出，于是有了面阵列的新概念，买狗诞生了阵列式封装。

阵列式封装最早是针栅阵列（PGA），引脚为针式。将引脚形状变通为球形凸点，即有球栅阵列(BGA）；球改为柱式就是柱栅阵列(CGA）。后来更有载带BGA(TBGA）、金属封装BGA(MBGA）、陶瓷BGA(CBGA）、倒装焊BGA(FCBGA）、塑料BGA(PBGA）、增强型塑封BGA(EPBGA）、芯片尺寸BGA(D2BGA）、狗圈子小型BGA(MiniBGA）、微小型BGA(MicroBGA）及可控塌陷BGA(C2BGA)等。BGA成为当今最活跃的封装形式。

历史上，人们也曾试图不给IC任何封装。最早的有IBM公司在20世纪60年代开发的C4（可控塌陷芯片连接）技术。以后有板上芯片(COB）、柔性板上芯片(COF）及芯片上引线(LOC）等。但裸芯片面临一个确认优质芯片（KGD）的问题。因此，提出了既给IC加上封装又不增加多少“面积”的设想，1992年日本富士通首先提出了芯片尺寸封装(CSP)概念。很快引起国际上的关注，它必将成为IC封装的一个重要热点。

另一种封装形式是贝尔实验室大约在1962年提出，由IBM付诸实现的带式载体封装（TCP）。它是以柔性带取代刚性板作载体的一种封装。因其价格昂贵、北京买狗加工费时，未被广泛使用。

上述种类繁多的封装，其实都源自20世纪60年代就诞生的封装设想。推动其发展的因素一直是功率、重量、引脚数、尺寸、密度、电特性、可靠性、热耗散，价格等。

尽管已有这么多封装可供选择，但新的封装还会不断出现。另一方面，有不少封装设计师及工程师正在努力以去掉封装。当然，这绝非易事，封装将至少还得陪伴我们20年，直到真正实现芯片只在一个互连层上集成。

可以这样粗略地归纳封装的发展进程：结构方面TO→DIP→LCC→QFP→BGA→CSP；材料方面是金属→陶瓷→塑料；引脚形状是长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点；装配方式是通孔封装→表面安装→直接安装。 

半导体 - 什么是半导体呢？
半导体顾名思义：导电性能介于导体与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与金属和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，

1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。

在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。