文档介绍：CAD技术在电子封装中的应用及其发展
现代电子信息技术的发展,推动电子产品向多功能、高性能、高可靠性、小型化、低成本的方向发展,微电子封装、IC设计和IC制造共同构成IC产业的三大支柱。计算机辅助设计(CAD)作为一种重要的技术手段在IC产业中发挥了巨大作用,已广泛应用于电子封装领域。本文结合各个时期电子封装的特点,介绍了封装CAD技术的发展历程,并简要分析了今后发展趋势。
1. 引言
    CAD技术起步于20世纪50年代后期。CAD系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化,产生了巨大的社会经济效益。随着计算机软、硬件技术的发展,CAD技术已发展成为面向产品设计全过程各阶段(包括概念设计、方案设计、详细设计、分析及优化设计、仿真试验定型等阶段)的设计技术。CAD技术作为工程技术的巨大成就,已广泛应用于工程设计的各个领域,特别是微电子领域。CAD技术的进步和革新总是能在很短的时间内体现在微电子领域,并极大地推动其技术进步,反过来,微电子的不断发展也带动了CAD所依赖的计算机软、硬件技术的发展。
    电子CAD是CAD技术的一个重要分支,其发展结果是实现电子设计自动化(EDA)。传统上,电子系统或子系统是通过设计者开发新
IC芯片、芯片通过封装成为器件、各种元器件再组装到基板上而实现的。它们之间相互制约和相互促进,因而封装CAD技术的发展与芯片CAD技术和组装CAD技术的发展密不可分,互相渗透和融合。芯片CAD技术和基板CAD技术已有不少专文介绍。本文主要介绍封装CAD技术的发展历程。
    2 .发展历程
    根据计算机软、硬件以及电子封装技术的发展水平,可以将CAD技术在电子封装的应用分以下四个阶段。
    起步阶段
    20世纪60、70年代,是CAD软件发展的初始阶段,随着计算机硬件技术的发展,在计算机屏幕上进行绘图变为可行,此时CAD技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件,以图纸为媒介来进行技术交流,是一种二维计算机绘图技术。puter-Aided Drawing(or Drafting),puterAided Design。CAD技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到70年代末期,并在以后作为CAD技术的一个分支而相对独立存在。当时的IC芯片集成度较低,人工绘制有几百至几千个晶体管的版图,工作量大,也难以一次成功,因此开始使用CAD技术进行版图设计,并有少数软件程序可以进行逻辑仿真和电路仿真。当时比封装的形式也很有限,双列直插封装(DIP)是中小规模IC电子封装主导产品,并运用通孔安装技术
(THT)布置在PCB上。电子封装对CAD技术的需求并不十分强烈,引入CAD主要是解决绘图问题,因而对电子封装来说,CAD技术应用只是起步阶段。那是CAD技术真正得到广泛使用的是PCB,在20世纪80年代以前就出现了一系列用于PCB设计、制造和测试的CAD/CAM系统。借助它们不仅摆脱繁琐、费时、精度低的传统手工绘图,而且缩短交货周期,提高成品率,成本降低50%。据统计,1983年全年设计的PCB有一牛是基于CAD系统。在这一时期,电子CAD作为一个软件产业已逐渐形成,微电子开始进入EDA阶段。
    普遍应用阶段
    20世纪80年代是EDA从工作站软件到PC软件迅速发展和普遍应用的阶段。这一时期计算机硬件技术发展十分迅速:32位工作站兴起,网络技术开始发展,计算机硬件性价比不断提高,计算机图形技术也不断进步,这些为CAD软件的发展提供了有利条件。从70年代末开始,芯片的开发应用了各种逻辑电路模拟仿真技术,应用了自动布局、布线工具,实现了LSI的自动设计。组装技术也在基板CAD的支持下向布线图形微细化、结构多层化发展,并开始了从通孔安装技术(THT)向表面安装技术(SMT)发展的进程。这些都构成了对电子封装发展的巨大推动力,要求电子封装的引脚数更多,引脚节距更窄,体积更小,并适合表面安装。原有的两侧布置引脚、引脚数目有限、、通孔安装的DIP远远不能满足需要。四边引脚扁平封装
(QFP)、无引脚陶瓷片式载体()、塑料有引脚片式载体()等可以采用SMT的四周布置引脚的封装形式应运而生。也出现了封装引脚从四周型到面阵型的改变,如针栅阵列(PGA)封装,这是一种可布置很高引脚数的采用THT的封装形式(后来短引脚的PGA也可以采用SMT)。另一方面,结合着芯片技术和基板技术特点的HIC也对封装提出更高的要求。
    对封装来说,随着IC组装密度增加,导致功率密度相应增大,封装热设计逐渐成为一个至关重要的问题。为此,Hitachi公司开发了HISETS(Hitachi Semiconductor Thermal Stengt