本文介绍，在硅技术中的进步是需要的，但是使用差劣的封装和PCB不可能达到最高的性能。这条链中的最薄弱环节将决定最终的性能。

　　戈登.摩尔(Gordon Moore)博士，它的名字就是集成电路(IC)技术的同义词，于今年五月从英特尔(Intel)董事会退休了。摩尔是英特尔的原始创始人之一，该公司于1968年成立。在1965年，摩尔正在准备一个演讲，并作出了一个值得纪念的观察报告。在他开始用图表描绘有关内存芯片性能增长的数据的时候，他意识到一个惊人的趋势。每一个新的芯片一般来说都含有与被其取代的芯片两倍之多的容量，并且每个芯片的发行都是在其前面芯片的18-24个月内。他推断，如果这个趋势继续，那么计算能力将在一个相对短暂的时期内成指数倍地上升。

　　为什么摩尔定律对于平常的人是如此重要呢？一个晶体管的成本在过去四十年左右已经下降了几千万倍。没有其他工业达到过类似的成本改善，特别是在这样一个短时间内。

　　这个的主要原因就是摩尔认为的对墨菲定律(Murphy's Law)的违背。通过使东西更小，而每样事情都同时变得更好。性能上去了。我们可以作出更可靠的系统。但是最重要的，单个晶体管的成本戏剧性地下降。最基本的，我们可以在硅上的给定区域封装更多。

　　摩尔定律描述了一个趋势，它还保持惊人的准确。可是，人们一直想知道什么时候摩尔定律会碰壁。这个关注在 0.10µ 技术的时代变成了现实，因为在迹线之间的绝缘原子不足以区分0和1(关或开)信号。在硅中的这样一个超细特征上，电子可能冲破绝缘材料造成无意的短路。现在，在诸如英特尔这样的公司，硅技术是在0.013µ。使用今天的深度紫外光刻技术，电路可以印刷成小至0.10µ。因为0.13µ技术已经在生产之中，0.10µ的极限可能在2004-2005年期间达到。问题是图象不可能做到比用来作图的光波波长小得多。基础物理限制了这个。那么在这之后有什么要发生呢？

　　现在有些人和一些项目正在探讨材料和工艺问题，来维护摩尔定律。那些项目中有一个是能源部和美国半导体工业之间的2.5亿美圆的合作项目。前不久，由英特尔领导的联盟宣布，它已经使用一种叫做极度紫外(EUV, extreme ultraviolet)光刻技术的工艺生产出一部原型机。这部机器将硅片上的特征减小到0.03µ。使用这部机器，摩尔定律将继续坚持至少到2010年。

　　光波长度是该联盟的新技术的关键。因为EUV光具有较短的波长，可以将较小的特征腐蚀到硅片中。但是这种不可见光带来新的挑战。它可以被空气和使用的透镜吸收。因此，工艺是在真空中使用的，反光镜将光聚焦。问题不是是否而是何时EUV光刻法将用于生产中。预计该技术在2005年之前转移到联盟的成员如英特尔、AMD和摩托罗拉。

　　记住，虽然硅芯片设计者正在做所有可能的事情，他们不是唯一可以保持摩尔定律有生命力的人。封装的工程师也可以。例如，虽然硅芯片设计者正在处理硅的皮秒
(10^-12)性能问题，但是系统设计者还在主板上的纳秒(10^-9)性能问题上挣扎。这一千倍的性能降低是由容纳硅芯片的封装所造成的 - 通常叫做封装寄生现象。它们是不希望有的引脚(在封装之外)和结合引线(在封装之内)的电感和电容，阻碍电子企图迅速到达目标。

　　另外，连接不同芯片封装的主板迹线甚至更加减慢电子的速度。对于元件封装和印制电路装配工程师的挑战在于提高封装和印刷电路板的性能，以改善硅芯片的性能。

　　封装完成重要的功能，例如，提供电源给硅芯片和使它冷却。如果散热不充分，较高的结点温度将减慢电子速度。在某种方式上，封装使加速事物成为可能。如果封装不保持硅芯片冷却，计算机箱的设计者必须使用各种散热器，让空气流动而又不是计算机太吵。封装也使连接主板上所有硅芯片的信号成为可能，使电子可以相互对话。在制造PCB中使用的材料(如材料的绝缘系数)和用于互连的旁路孔尺寸和类型，都在硅芯片的性能中起重要作用。

　　为了达到最高的性能，封装必须去掉，必须使用裸芯片。但是这对处理在主板上安装裸芯片的工程师是不容易的。用于安装裸芯片的术语是COB(chip-on-board)、倒装芯片(flip chip)和直接芯片安装(DCA, direct chip attach)。每一个术语代表一个不同的工艺。COB是在芯片或者直接引线接合到板上或者以TAB(tape automated bonding)形式使用的时候使用的。可是，芯片、引线和TAB增加类似于封装的引线接合电感。当裸芯片直接倒装和接合到下面的基板时，达到最高性能。在倒装芯片工艺中不涉及引线接合或引脚。

　　人们可以用裸芯片达到较高的性能，但是产生了一个新的问题。封装允许硅芯片在焊接到板之前预先测试。在板上所有众多的芯片中，只要一个坏的芯片就足以报废整个装配。为了纠正这个问题，坏的芯片必须去掉并更换。在基板上的裸芯片返工是非常困难和昂贵的。另一方面，如果芯片装在封装内，测试座和整个强化试验与试验的基础结构已经准备好使得可以只使用功能芯片。如果在裸芯片的测试上取得重要进步，那么可以从现有的硅芯片上利用更高的性能。

　　不能测试裸芯片的这个问题叫做KGD(known good die)问题。虽然工业已经在这方面取得进步，但是测试裸芯片是不容易的。如果硅芯片是装在封装内(或者作为一个TAB元件使用)使用坏芯片的问题就不会出现。如果使用裸芯片达到所需要的性能，那么你必须愿意接受由于KGD问题的较高数量的不合格品。如果你愿意，就可能达到更高的性能。例如有一些应用 - 诸如多芯片模块(MCM, multichip module)的壁龛应用 - 这里是值得付出以达到所需的性能。

　　对于工业的解决方案可能没有必要去掉封装，而是开发可以完成传统功能的更加有效的封装 - 保护、加电源、互连和提供KGD - 不会太大地降低性能。

　　我们知道，互连方案的最薄弱环节是基板或电路板。传统和广泛使用的基板制造技术不能接纳连接高引脚数量和较细间距的封装所需要的细线和微型旁路孔。PCB装配工业将不得不以一种成本高效的方式生产出具有更细特征和较小旁路孔的电路板。我们必须为现实制造“印刷”电路板着想。我们知道，在现在的印制电路中并没有东西“印刷”；铜箔是腐蚀来产生电路的。工业必须转向添加的工艺，将更细小的特征印刷到PCB上。

　　虽然封装技术没有取得可与芯片技术相比的进步，但是基板技术与封装技术相比还是处于它的幼儿时代(虽然在微型旁路孔的技术非常另人鼓舞)。除非有在基板和封装技术中的工业进步，否则达到皮秒级的性能将仍然只是一个梦。

　　庆幸的是，有一些公司已经开发出光致聚合作用(photopolymerization)的工艺，用来准备高质量、导电的有机聚合薄膜，可用来增加窄至10µ的细线。这是自从250µ的现在PCB制造最好工艺以来的真正进步。但是这个技术需要额外的开发努力来使它在大批量生产中成本低廉。

　　工业从这里要走向哪里呢？如果你对比花在封装与PCB工业上和芯片工业上的研究开发预算和努力，是没有比较的。所有的金钱都用于芯片开发。上面所提到的2.5亿美圆的联盟付出是一个例子。芯片技术的进步是需要的，但是使用差劲的封装和PCB是不可能达到最高性能的。在这个链接中最薄弱的一环将决定最终的性能。用于电路板制造和装配技术的开发预算从芯片工业那里得到足够的注意，这是关键的。为了保持美国处于领导的地位，和保持摩尔定律在可见将来的生命力，我们需要另一个由PCB和半导体公司所资助的工业同盟。 

　　RAY P. PRASAD is an SMT Editorial Advisory Board member and author of the textbook Surface Mount Technology: Principles and Practice. Additionally, he is president of BeamWorks Inc. (www.beamworks.com), a supplier of selective automated assembly systems, located in Portland, OR and founder of the Ray Prasad Consultancy Group, which specializes in helping companies establish strong internal SMT infrastructure. Contact him at P.O. Box 219179, Portland, OR 97225; (503) 297-5898 or (503) 646-3224; Fax (503) 297-0330; Web site: www.rayprasad.com

(A 09/12/2001)