何謂芯片封裝 芯片封裝的幾種技術(shù) 未來封裝技術(shù)的展望

引言

提起芯片，大家應(yīng)該都不陌生。芯片，作為集成電路（Integrated Circuit，IC）的載體，是一項(xiàng)世界各國都在大力發(fā)展研究的高科技產(chǎn)業(yè)。IC產(chǎn)業(yè)主要由IC設(shè)計(jì)業(yè)、IC制造業(yè)及IC封測業(yè)三個(gè)部分組成。在本文中，我們將帶大家認(rèn)識(shí)一下IC封測業(yè)中的芯片封裝技術(shù)。

02何謂芯片封裝

生活中說起封裝，可能就是把東西放進(jìn)箱子，然后用膠帶封口，箱子起到的最大作用也就是儲(chǔ)存，將箱子里面與箱子外面分隔開來。但在芯片封裝中，“箱子”可有著更大的作用。安裝集成電路芯片用的外殼，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。

從由硅晶圓制作出來的各級(jí)芯片開始，芯片的封裝可以分為三個(gè)層次，即用封裝外殼將芯片封裝成單芯片組件（Single Chip Module，簡稱SCM）和多芯片組件（MCM）的一級(jí)封裝，也稱為片級(jí)封裝；將一級(jí)封裝和其他元器件一同組裝到印刷電路板（PWB）（或其它基板）上的二級(jí)封裝，也稱為板級(jí)封裝；以及再將二級(jí)封裝插裝到母板上的三級(jí)封裝，也稱為系統(tǒng)級(jí)封裝。

其實(shí)，在一、二、三級(jí)封裝與IC芯片之間還有一個(gè)步驟，被稱為芯片互連級(jí)封裝，其主要作用就是通過互連技術(shù)將IC芯片焊區(qū)與各級(jí)封裝的焊區(qū)連接起來，也就是讓芯片能夠通過外殼與外界產(chǎn)生交流，零級(jí)封裝也被稱為芯片互連級(jí)。

03芯片封裝的功能

表 1 芯片封裝的五大功能

04芯片封裝的幾種技術(shù)

4.1 芯片互連技術(shù)

芯片互連技術(shù)來自與我們上文提到的零級(jí)封裝，這是芯片與封裝外殼以及外界環(huán)境建立聯(lián)系的關(guān)鍵技術(shù)。芯片互連技術(shù)主要有三種：引線鍵合、載帶自動(dòng)焊以及倒裝焊。

（a） 引線鍵合

圖 3 引線鍵合示意圖 ?

（b） 載帶自動(dòng)焊

圖?4?載帶自動(dòng)焊示意圖

（c） 倒裝焊

圖?5?倒裝焊示意圖

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4.2 BGA封裝技術(shù)

圖 6 BGA封裝

BGA（Ball Grid Array）：球柵陣列。它是在基板的下邊按面陣方式引出球形引腳，在基板上面貼裝大規(guī)模集成電路芯片，是大規(guī)模集成電路芯片常用的一種表面貼裝型封裝形式。

優(yōu)點(diǎn)：BGA封裝的封裝尺可以做的更小，同時(shí)也更節(jié)省PCB板的布線面積。

缺點(diǎn)：電路板的彎曲應(yīng)力導(dǎo)致潛在的可靠性問題，BGA封裝更容易受到壓力

4.3 CSP封裝技術(shù)

CSP（Chip Size Package），即芯片尺寸封裝。是指封裝尺寸不超過裸芯片1.2倍的一種先進(jìn)的封裝形式（美國JEDEC標(biāo)準(zhǔn)）。CSP技術(shù)是在對現(xiàn)有的芯片封裝技術(shù)，其是對成熟的BGA封裝技術(shù)做進(jìn)一步技術(shù)提升的過程中，不斷將各種封裝尺寸進(jìn)一步小型化而產(chǎn)生的一種封裝技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：體積?。豢扇菁{引腳數(shù)多；電性能良好；散熱性能好

圖 7 CSP結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

05未來封裝技術(shù)的展望

現(xiàn)在，IC產(chǎn)業(yè)中芯片的封裝與測試已經(jīng)與IC設(shè)計(jì)和IC制造一起成為了密不可分又相對獨(dú)立的三大產(chǎn)業(yè)，往往設(shè)計(jì)制造出的同一塊芯片卻要采用各種不同的封裝形式與結(jié)構(gòu)，在未來芯片封裝又將如何發(fā)展呢？在這一部分將為大家介紹未來封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢以及幾種先進(jìn)的可能占據(jù)未來市場的封裝技術(shù)。

5.1 未來封裝技術(shù)的幾大趨勢

（1） 由有封裝向少封裝和無封裝發(fā)展

（2） 無源器件走向集成化

（3） 3D封裝技術(shù)

5.2 晶圓級(jí)封裝（WLP）技術(shù)

圖 8 WLP技術(shù)流程（圖片來源老師課件）

WLP是Wafer Level Packaging的縮寫。晶圓級(jí)封裝, 就是在硅片上依照類似半導(dǎo)體前段的工藝, 通過薄膜、光刻、電鍍、干濕法蝕刻等工藝來完成封裝和測試, 最后進(jìn)行切割, 制造出單個(gè)封裝成品。

優(yōu)勢：封裝工藝簡化以及封裝尺寸小。

5.3 SOC & SIP

SOC（System on Chip），即片上系統(tǒng)，指的是將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的各個(gè)模塊集成到一個(gè)芯片上。這意味著在單個(gè)芯片上，就能完成一個(gè)電子系統(tǒng)的功能。

圖 9 SOC與SIP對比示意圖（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

SIP是System in a Packaging的縮寫，指的是將幾個(gè)實(shí)現(xiàn)不同模塊功能的芯片放到一個(gè)封裝中去。

5.4 SOP

圖 10 SOP的地位（圖片自制）

SoP是System-on-package的縮寫，是被提出來作為整合系統(tǒng)的概念，希望將數(shù)字、模擬、射頻、微機(jī)電、光學(xué)電路或次系統(tǒng)都整合在封裝上，除了提高系統(tǒng)整合程度外，同時(shí)亦保有可接受的成本效益。SOP的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與SOC及SIP兼容，SOC與SIP均可視為SOP的次系統(tǒng)，一起被整合在封裝上。

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