IC封測中的芯片封裝技術

提起芯片，大家應該都不陌生。芯片，也就是IC（Integrated Circuit集成電路）作為一項高科技產業(yè)，是當今世界上各個國家都大力發(fā)展研究的產業(yè)。IC產業(yè)主要包含IC設計業(yè)、IC制造業(yè)以及IC封裝測試業(yè)三個部分，通過本文我們將帶大家認識一下IC封測中的芯片封裝技術。

02何謂芯片封裝

圖 1 芯片封裝的定位

生活中說起封裝，可能就是把東西放進箱子，然后用膠帶封口，箱子起到的最大作用也就是儲存，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、保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導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線與其他器件建立連接。

從由硅晶圓制作出來的各級芯片開始，芯片的封裝可以分為三個層次，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）的一級封裝，也稱為片級封裝；將一級封裝和其他元器件一同組裝到印刷電路板（PWB）（或其它基板）上的二級封裝，也稱為板級封裝；以及再將二級封裝插裝到母板上的三級封裝，也稱為系統(tǒng)級封裝。

圖 2 芯片封裝分級（圖片來源老師課件）

其實，在一、二、三級封裝與IC芯片之間還有一個步驟，被稱為零級封裝，其主要作用就是通過互連技術將IC芯片焊區(qū)與各級封裝的焊區(qū)連接起來，也就是讓芯片能夠通過外殼與外界產生交流，零級封裝也被稱為芯片互連級。

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

4.1 芯片互連技術

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

（a） 引線鍵合

（b） 載帶自動焊

（c） 倒裝焊

表 2 三種芯片互連技術對比

4.2 BGA封裝技術

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

缺點：電路板的彎曲應力導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

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倍的一種先進的封裝形式（美國JEDEC標準）。CSP技術是在對現(xiàn)有的芯片封裝技術，其是對成熟的BGA封裝技術做進一步技術提升的過程中，不斷將各種封裝尺寸進一步小型化而產生的一種封裝技術。

優(yōu)點：體積小；可容納引腳數(shù)多；電性能良好；散熱性能好

圖 5 CSP結構示意圖（圖片來源網絡）

05未來封裝技術的展望

現(xiàn)在，IC產業(yè)中芯片的封裝與測試已經與IC設計和IC制造一起成為了密不可分又相對獨立的三大產業(yè)，往往設計制造出的同一塊芯片卻要采用各種不同的封裝形式與結構，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業(yè)的發(fā)展趨勢以及幾種先進的可能占據未來市場的封裝技術。

5.1 未來封裝技術的幾大趨勢

（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

5.2 圓片級封裝（WLP）技術

圖 6 WLP技術流程（圖片來源老師課件）

WLP是Wafer Level Packaging的縮寫。圓片級封裝, 就是在硅片上依照類似半導體前段的工藝, 通過薄膜、光刻、電鍍、干濕法蝕刻等工藝來完成封裝和測試, 最后進行切割, 制造出單個封裝成品。

優(yōu)勢：封裝工藝簡化以及封裝尺寸小。

5.3 SOC & SIP

SoC是System on Chip的縮寫，稱為系統(tǒng)級芯片，也有稱片上系統(tǒng)，主要就是將一個系統(tǒng)能夠實現(xiàn)其功能需要的各個模塊集成到一個芯片上去。這意味著在單個芯片上，就能完成一個電子系統(tǒng)的功能。

圖 7 SOC與SIP對比示意圖（圖片來源網絡）

SIP是System in a Packaging的縮寫，只得是將幾個實現(xiàn)不同模塊功能的芯片放到一個封裝中去。

5.4 SOP

圖 8 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、微機電、光學電路或次系統(tǒng)都整合在封裝上，除了提高系統(tǒng)整合程度外，同時亦保有可接受的成本效益。SOP的另一個優(yōu)點是與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。

審核編輯：彭菁