多层陶瓷集成电路封装外壳产业界定及上、下游产业链分析（多层外壳集成电路封装外壳项目市场投资商业计划书 -节选）

第一节 定义、性能及应用特点

1、定义

封装，是指半导体集成电路的全包封或部分包封体，它可以提供机械保护、环境保护以及外形尺寸。封装可以包含或提供引出端，它对集成电路的热性能产生影响。

底座，封装体中用来安装半导体芯片并已具备了芯片焊接（粘接）、引线键合和引出端等功能的部分，它是封装结构的集体。

底板，在陶瓷封装中，构成底座的一种片状陶瓷。

盖板（管帽），在陶瓷封装底座上，采用陶瓷制成片状或帽状结构，封接后对整个封装形成密封的一个零件。

丄框，装在陶瓷封装表面上的一个金属或陶瓷件在其上可焊接一个用于密封的盖板。

引线框架，采用冲制或刻蚀工艺制造，使具有一定几何图形和规定外形尺寸，提供陶瓷熔封或塑料封装引出线的一个或一组金属零件。

2、性能

陶瓷封装属气密性封装，这种封装的优点是：

1）耐湿性好，不易产生微裂现象。

2）热冲击实验和温度循环实验后不产生损伤，机械强度高。

3）热膨胀系数小，热导率高。

4）气密性好，芯片和电路不受周围环境影响。

3、应用特点

陶瓷封装外壳适用于航空航天、军事工程所用的高可靠、高频、耐高温、气密性强的产品封装。目前，陶瓷封装虽然在整个封装 行业 里所占比例不大，却是性能比较完善的封装方式。在要求高密封的场合，唯一只能选用陶瓷封装外壳。据报道，在功耗30W以内，陶瓷封装外壳是最佳选择。

第二节 发展历程

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，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（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，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）、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、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。

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。

第三节 所处产业链的位置

多层陶瓷集成电路封装外壳产业链

第四节 上游 行业 发展状况 分析

高密度、气密性陶瓷封装外壳对陶瓷材料的主要要求是：热膨胀系数小，热导率高，耐湿性好。陶瓷封装材料主要有Al2O3、BeO、SiC、Si3N4等，它们经成形、装配、烧结后制作管壳。

1、Al2O3陶瓷

传统的陶瓷封装材料是Al2O3陶瓷，成分从85%到99.9%。随着Al2O3含量增加，热导率增加。掺杂某些物质可满足特殊封装的需要。Al2O3陶瓷的优点是有好的绝缘性，好的化学稳定性和力学性能，价格低，因而是目前主要的陶瓷封装材料。国内Al2O3瓷料的主要生产厂家有郑州铝厂、国营南京772厂、国营成都715厂、宜兴电子器材总厂。

2、SiC陶瓷

在几种陶瓷封装材料中，SiC的热导率很高，是Al2O3的13倍，热膨胀系数也低于Al2O3和AlN。但是，SiC的介电常数太高，是AlN的4倍，所以仅适用于密度较低的封装而不适用于高密度封装。

3、AlN陶瓷

AlN陶瓷是被国内外专家最为看好的封装材料。AlN是一种具有纤锌矿结构的Ⅲ-V族化合物，它具有与SiC相接近的高热导率，热膨胀系数低于Al2O3，断裂强度大于Al2O3，其维氏硬度是Al2O3的一半。与同等的Al2O3相比，AlN的低密度使重量降低20%。

封装用AlN的制造方法有两种：

1）Al2O3碳热还原法，其反应式为：Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO

2）直接氮化金属铝。与碳热反应相比较，直接氮化反应制得AlN粉体的颗粒尺寸分布范围较宽，平均颗粒尺寸较大。通常在氮气氛中约1800℃下烧结AlN。烧结助剂Y2O3或CaO从AlN表面或晶格上获得氧，在晶界三相点处形成液体晶界相(Y-Al-O或Ca-Al-O)或者迁移到AlN烧结体表面。这促进了AlN致密化和晶粒生长，同时能防止氧原子扩散到AlN晶粒中，使之能够实现高达200W/m·K以上热导率的一种有效方法。在有添加成分和无添加成分下热压烧结AlN，热导率均随原料粉体的氧含量增加而下降，所以原料粉体的氧含量不能超过1%。

由于AlN封装材料具有诸多优良性能，引起国内外封装界的重视。日本开展该材料研制最早，技术也最成熟，1983年就研制出热导率为260W/m·K的AlN封装与基片材料。当前日本制作AlN粉体的主要公司有KYOCERA、NTK、德山曹达、东洋铝业、电气化学工业、三井东压化学。日本正在开发AlN封装陶瓷的公司有京陶、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等。国内AlN陶瓷封装材料的生产厂家主要有:国营成都715厂、中国电子科技集团公司第43 研究 所、建材院特种陶瓷 研究 所、江苏宜兴电子器材总厂、南京化工学院、无锡微电子科研中心等。2001年，国内生产AlN、Al2O3陶瓷粉料约1200吨，在封装市场上供不应求。

第五节 下游产业发展情况 分析

2008年受世界经济低迷和全球金融危机的影响，全球集成电路 行业 呈现周期性放缓，我国集成电路 行业 保持低速增长态势，产销和收入增速稳中有降，结构调整进一步加快，企业兼并重组增多，市场格局和 行业 发展出现很多新的变化。

“十五”期间，我国集成电路产业年均增长30%以上，但从2007年4季度起，受全球集成电路 行业 不景气的影响， 行业 销售收入增速有所下降。2008年，集成电路 行业 完成销售收入2107.3亿元，同比增长5.2%，增速比上年下降6.8个百分点;完成出口243亿美元，同比增长3.4%，增速比上年下降12.6个百分点。

2008年我国集成电路 行业 销售收入增长情况

                                                                                                   单位：亿元

受全球金融危机与世界集成电路市场大幅下滑的影响，2009年我国IC产业出现较大幅度的负增长。2009年产业销售收入增幅约在-16%左右，规模约为1040亿元。前三季度国内集成电路产业产量为321.15亿块，同比增幅为-14.3%，全年国内集成电路产量增速约为-10%，规模约为375亿块。

自2008年三季度以来，由于受全球金融危机迅速波及实体经济的影响，国内外半导体市场迅速出现大幅下滑，国内集成电路产业受以上因素的影响也出现前所未有的深度下滑。但随着国家拉动内需政策的迅速制定与深入实施，以及国际市场环境的逐步好转，国内集成电路产业已经呈现显著的触底回升势头。2009年1季度产业出现最低点，全 行业 销售收入的同比降幅达到34.1%。之后产业开始逐步回升，2季度全 行业 销售收入同比降幅已收窄至23.9%，3季度降幅更进一步收窄至21%。4季度产业状况更进一步好转。

从2009年IC设计、芯片制造以及封装测试三业发展来看，其情况不尽相同。受家电下乡、家电以旧换新、3G网络建设等一系列刺激内需政策的拉动，2009年国内IC设计业在内需市场的带动下逆势增长，全年IC设计业增速超过11%，规模超过260亿元。

与IC设计业主要面向内需市场不同，国内芯片制造与封装测试业的对外依存度极高，受国际市场的影响也更大。受出口大幅下滑的影响，2009年芯片制造与封装测试业出现了较大幅度的下降。但随着出口形势的不断好转，芯片制造业已开始逐步回升。全年芯片制造业降幅将收窄至16%左右，规模约为330亿元。

受出口下滑以及奇梦达公司破产保护的双重影响，国内封装测试业也出现较大幅度的负增长。全年封装测试业销售收入的降幅有所收窄，但仍在-28%左右。规模约为445亿元。

展望2010年，随着世界经济的逐步复苏，国内外集成电路市场将显著回升。在市场需求的拉动下，预计国内集成电路产业也将呈现快速回升增长的势头。

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