半导体芯片封装

一、封装的定义：

    半导体封装是指将制造好的半导体芯片（也称为裸片或晶圆）封装在保护壳内，以提供物理保护、电气连接和热管理的过程。封装的主要目的是确保芯片在实际应用中能够稳定、可靠地工作，并且便于与其他电路或系统进行连接。

二、封装的主要作用：

物理保护：防尘、防潮、防静电、防机械损伤。

电气连接：提供引脚或焊球，确保芯片与外部电路的可靠连接。

热管理：散热，防止芯片过热，确保正常工作。

机械支撑：提供机械强度，防止运输和使用中的损伤。

标准化和兼容性：遵循行业标准，确保通用性和互换性。

环境保护：使用环保材料，减少对环境的影响。

测试与可靠性：进行测试和可靠性评估，确保芯片的性能和寿命。

成本控制：通过标准化和自动化生产，降低封装成本。

性能提升：通过高密度和异构集成技术，提高芯片的集成度和性能。

三、主要封装类型：

1、按封装形式分类

引线键合：使用细金属线将芯片焊盘与基板连接。

双列直插式封装：引脚排列在两侧。

小外形封装：引脚排列在四侧，体积更小。

球栅阵列封装：引脚分布在底部，形成球状焊点。

倒装芯片封装：芯片有源面朝下，通过焊球或凸点直接与基板连接。

扇出型封装：在晶圆级别完成封装，通过RDL扩展引脚。

2、按集成度分类

单芯片封装：封装一个单独的芯片。

多芯片封装：将多个芯片封装在一起。

系统级封装：将多个不同功能的芯片集成在一个封装内。

3、按三维集成分类

2.5D封装：使用中介层将多个芯片连接在一起。

3D封装：通过硅通孔（TSV）实现芯片间的垂直互连。

四、封装工艺步骤：

1、晶圆准备：切割晶圆成单个芯片，清洗去除杂质。

2、芯片贴装：将芯片固定在基板或引线框架上。

3、引线键合：使用细金属线连接芯片焊盘与基板。

4、倒装芯片：在芯片焊盘上制作焊球，贴装到基板上。

5、塑封：用塑封材料包裹芯片和引线框架。

6、去飞边和清洗：去除多余材料，清洗封装体。

7、切筋和成型：切除多余的引线框架，弯曲引脚。

8、电镀：在引脚上电镀金属层，提高导电性和焊接性能。

9、测试：进行初步和最终的功能和性能测试。

10、可靠性评估：模拟极端环境条件，评估封装的可靠性和耐用性。

11、包装和出货：将测试合格的封装体进行包装，准备出货。

五、未来发展方向：

1、更高密度的3D封装

发展趋势：进一步优化TSV技术，实现更细的互连和更高的集成度。

技术创新：开发更细的TSV和更高效的互连技术，提高芯片间的垂直互连密度。

2、异构集成

发展趋势：将不同工艺节点、材料和技术的芯片集成在一起，实现更高的系统性能。

技术创新：开发更高效的异构集成技术，如芯粒（Chiplet）技术，实现模块化设计和灵活的系统集成。

3、光子学封装

发展趋势：将光波导和光子学技术应用于封装，实现高速互连。

技术创新：开发高效的光互连技术，提高信号传输速度和带宽。

4、微流控封装

发展趋势：将微流控技术应用于封装，实现高效液体冷却和芯片内化学反应。

技术创新：开发微流控封装技术，提高散热效率和化学反应的可控性。

5、智能封装

发展趋势：结合物联网和人工智能技术，实现封装的智能化和自动化。

技术创新：开发智能封装系统，实现自动检测、故障诊断和维护。

六、主要封装企业：

1、国际主要封装公司

日月光：全球最大的OSAT厂商，技术全面。

安靠科技：全球第二大OSAT厂商，技术全面。

三星电子：全球领先的半导体制造商，全产业链服务。

STATS ChipPAC（现为日月光的一部分）：在晶圆级封装和2.5D/3D封装领域有较强研发能力。

2、国内主要封装公司

长电科技：全球第三、国内第一的OSAT厂商，技术全面。

通富微电：国内排名第二，技术先进。

华天科技：国内排名第三，技术多样。

甬矽电子：在RF-SIM卡封装领域有独特优势。

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