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國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）明確提出未來集成電路技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)方向：一是More Moore（延續(xù)摩爾定律），二是More than Moore（拓展摩爾定律）。沿著拓展摩爾定律方向發(fā)展的技術(shù)路線，更關(guān)注將多種功能芯片集成在一個(gè)系統(tǒng)中。 業(yè)界普遍認(rèn)為，先進(jìn)封裝會(huì)成為下一階段半導(dǎo)體技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著摩爾定律發(fā)展趨緩，通過先進(jìn)封裝技術(shù)來滿足系統(tǒng)微型化、多功能化成為了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新引擎。  談到先進(jìn)封裝技術(shù)，我們先了解一下什么是封裝 封裝，簡(jiǎn)而言之就是把晶圓廠(Foundry)生產(chǎn)出來的集成電路裸片（Die）放到一塊起承載作用的基板上，用引線將Die上的集成電路與管腳互連，再把管腳引出來，然后固定包裝成為一個(gè)整體。它可以起到保護(hù)芯片的作用，相當(dāng)于是芯片的外殼，不僅能固定、密封芯片，還能增強(qiáng)其電熱性能。因此，封裝對(duì)CPU和其他大規(guī)模集成電路而言，非常重要。 封裝技術(shù)是伴隨集成電路發(fā)明應(yīng)運(yùn)而生的，主要功能是完成電源分配、信號(hào)分配、散熱和物理保護(hù)。而隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，封裝技術(shù)也在不斷革新。   封裝的分級(jí) 封裝一般可以分為芯片級(jí)封裝（0級(jí)封裝）、元器件級(jí)封裝（1級(jí)封裝）、板卡級(jí)封裝（2級(jí)封裝）和整機(jī)級(jí)封裝（3級(jí)封裝）。本文中介紹的封裝主要是指1級(jí)封裝。  全球封裝測(cè)試業(yè)的主要運(yùn)營(yíng)模式 按照實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，全球封測(cè)企業(yè)主要分為兩類，第一類是從屬于IDM（垂直整合器件制造商）的封測(cè)廠，第二類是獨(dú)立的封測(cè)代工廠。IDM公司擁有自己的集成電路產(chǎn)品，所屬的封測(cè)廠通常為自有集成電路產(chǎn)品服務(wù)；封測(cè)代工廠完全沒有自己的集成電路產(chǎn)品，純粹為其他公司提供封裝和測(cè)試服務(wù)。  IDM制造商自身具有從集成電路設(shè)計(jì)、制造到封裝測(cè)試的完整產(chǎn)業(yè)鏈，而封測(cè)代工廠則需要通過與Fabless公司(無生產(chǎn)線的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè))和晶圓代工廠形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，從而實(shí)現(xiàn)自身的運(yùn)營(yíng)。 然而，IDM自有的封測(cè)廠也有可能為其他設(shè)計(jì)公司或晶圓制造廠提供代工服務(wù)。就在3月23日，美國(guó)半導(dǎo)體巨頭——英特爾新任CEO——基辛格（Pat Gelsinger）宣布，英特爾將在美國(guó)亞利桑那州斥資近200億美元打造2座芯片工廠。數(shù)月前，英特爾還在研究芯片委外代工，改變?cè)O(shè)計(jì)與生產(chǎn)不分家的做法，如今卻宣示要切入晶圓代工，策略180度大轉(zhuǎn)變，實(shí)際上是要抓住芯片需求大爆發(fā)的商機(jī)，在全球芯片短缺、芯片生產(chǎn)炙手可熱之際，展開晶圓代工事業(yè)。 傳統(tǒng)封裝 先進(jìn)封裝是相對(duì)傳統(tǒng)封裝所提出的概念。因此在介紹先進(jìn)封裝之前，首先要介紹傳統(tǒng)封裝。 傳統(tǒng)封裝，通常是指先將圓片切割成單個(gè)芯片，再進(jìn)行封裝的工藝形式。主要包含SIP、DIP、SOP、SOT、TO、QFP、QFN、DFN、BGA等封裝形式。傳統(tǒng)的封裝形式主要是利用引線框架作為載體，采用引線鍵合互連的形式。 SIP (Single In-line Package，單列直插封裝)  DIP (Duel In-line Package，雙列直插封裝)  SOP (Small Outline Package，小外形封裝)  SOT (Small Outline Transistor，小外形晶體管封裝)   在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，傳統(tǒng)封裝不斷創(chuàng)新、演變，出現(xiàn)了各種新型的封裝結(jié)構(gòu)。隨著電子產(chǎn)品及設(shè)備的高速化、小型化、系統(tǒng)化、低成本化的要求不斷提高，傳統(tǒng)封裝的局限性也越來越突出，需求數(shù)量在不斷下降，但由于其封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低，目前仍具有一定的市場(chǎng)空間。 先進(jìn)封裝 先進(jìn)封裝是指處于當(dāng)時(shí)最前沿的封裝形式和技術(shù)。目前，帶有倒裝芯片（Flip Chip，F(xiàn)C）結(jié)構(gòu)的封裝、圓片級(jí)封裝（Wafer Level Package，WLP）、2.5D封裝、3D封裝等被認(rèn)為屬于先進(jìn)封裝的范疇。 倒裝芯片結(jié)構(gòu)封裝(Flip Chip，F(xiàn)C) 帶有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的封裝是先在芯片上制作金屬凸點(diǎn)，然后將芯片面朝下利用焊料直接與基板互連，通常會(huì)使用底部填充（Under Fill）樹脂對(duì)熱應(yīng)力進(jìn)行再分布來提高可靠性。其優(yōu)點(diǎn)是封裝面積小，引線互連長(zhǎng)度縮短，I/O端口數(shù)量增加。  圓片級(jí)封裝（Wafer Level Package，WLP） 圓片級(jí)封裝是直接以圓片為加工對(duì)象，同時(shí)對(duì)圓片上的眾多芯片進(jìn)行封裝及測(cè)試，最后切割成單顆產(chǎn)品，可以直接貼裝到基板或PCB上，是當(dāng)前封裝領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。其優(yōu)點(diǎn)是封裝產(chǎn)品輕薄短小，信號(hào)傳輸路徑更短。目前多用于低引腳數(shù)的消費(fèi)類可攜式產(chǎn)品（包括模擬/混合信號(hào)、無線連接、汽車電子等），可滿足超薄大尺寸的存儲(chǔ)類芯片的特性需求，在生產(chǎn)方面可大大提高加工效率，降低成本。 2.5D結(jié)構(gòu)封裝和3D結(jié)構(gòu)封裝 2.5D結(jié)構(gòu)封裝是在2D封裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在芯片和封裝載體之間加入了一個(gè)硅中介轉(zhuǎn)接層，該中介轉(zhuǎn)接層上利用硅通孔（Through Silicon Via，TSV）連接其上、下表面的金屬，多采用倒裝芯片組裝工藝。由于采用了中介轉(zhuǎn)接層，其表面金屬層的布線可以使用與芯片表面布線相同的工藝，使產(chǎn)品在容量及性能上比2D結(jié)構(gòu)得到巨大提升。 3D結(jié)構(gòu)封裝是將芯片與芯片直接堆疊，可采用引線鍵合、倒裝芯片或二者混合的組裝工藝，也可采用硅通孔技術(shù)進(jìn)行互連。3D結(jié)構(gòu)進(jìn)一步縮小了產(chǎn)品尺寸，提高了產(chǎn)品容量和性能。目前，散熱較差、成本較高是制約TSV技術(shù)發(fā)展的主要因素。 2.5D結(jié)構(gòu)封裝(左)和3D結(jié)構(gòu)封裝(右) 先進(jìn)封裝已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類電子、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域，推動(dòng)著封裝技術(shù)以及整個(gè)電子行業(yè)向前發(fā)展。目前，倒裝芯片、2.5D封裝、3D封裝主要用于存儲(chǔ)器、中央處理器(CPU)、圖像處理器(GPU)等；圓片級(jí)封裝主要應(yīng)用于功率放大器、無線連接器件、射頻收發(fā)器等。 關(guān)于先進(jìn)封裝采用什么樣的工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)，以及使用哪些互連材料，我們將在后續(xù)內(nèi)容中進(jìn)行詳細(xì)介紹。歡迎大家關(guān)注微納互連公眾號(hào)，了解更多信息。
*圖片來自銦泰(Indium Corporation) 1947年，美國(guó)電報(bào)電話公司(AT&T)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一個(gè)晶體管，開啟了電子封裝時(shí)代。20世紀(jì)50年代，封裝外殼以3個(gè)引腳的晶體管外形(Transistor Outline，TO)金屬-封裝外殼為主，之后發(fā)展為各類陶瓷、塑料封住外殼。 1958年，美國(guó)TI公司推出了世界上第一個(gè)集成電路，由此催生了多引腳封裝外殼的出現(xiàn)。20世界60年代，出現(xiàn)了雙列直插封裝型(Dual In-line Package，DIP)陶瓷-金屬引腳封裝；到了70年代，DIP已經(jīng)成為中小規(guī)模IC封裝的系列主導(dǎo)形式；隨著塑封DIP的出現(xiàn)，這種封裝在大量使用的民品中被廣泛應(yīng)用。 20世紀(jì)70年代，IC技術(shù)飛速發(fā)展，在一個(gè)硅片上可集成211~216個(gè)晶體管，出現(xiàn)大規(guī)模集成電路(Large Scale Integration，LSI)。元器件集成度大幅增加，芯片尺寸不斷擴(kuò)大。 20世紀(jì)80年代，隨著表面貼裝技術(shù)的出現(xiàn)，各類貼裝元器件封裝技術(shù)日益成熟，四面引線扁平封裝(Quad Flat Package，QFP)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)。隨著環(huán)氧樹脂材料性能的不斷提升，使IC封裝密度進(jìn)一步提高，引腳間距越來越小、成本降低，更適于批量規(guī)模生產(chǎn)；塑料四面引線扁平封裝(Plastic QFP，PQFP)成為80年代IC的主導(dǎo)封裝類型。小規(guī)模IC和引腳數(shù)較少的LSI芯片采用小外形封裝(Small Outline Package，SOP)，成為DIP的“變形”封裝形式。 80年代至90年代，隨著IC特征尺寸的減小和集成度的提高，芯片尺寸不斷增大，IC發(fā)展到超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integration，VLSI)，在一個(gè)硅片上可集成216~222個(gè)晶體管。原有的QFP及其他類型的封裝已經(jīng)無法滿足VLSI的要求，封裝引腳由周邊排列型發(fā)展成矩陣分布型。20世紀(jì)90年代，美國(guó)開發(fā)出球柵陣列封裝(Ball Grid Array，BGA)，其封裝面積與芯片面積之比不大于1.2，因此解決了芯片小而封裝大的根本矛盾。90年代末，倒裝芯片技術(shù)(Flip Chip，F(xiàn)C)的使用，再次引發(fā)了封裝技術(shù)的更迭。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)逐漸逼近硅工藝尺寸的極限，半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入“后摩爾定律”時(shí)代，從過去著力于圓片制造工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)制造封裝技術(shù)的創(chuàng)新，先進(jìn)封裝技術(shù)快速發(fā)展。 封裝技術(shù)及外形的發(fā)展緊跟半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)進(jìn)程，每一代芯片都有與之相匹配的封裝技術(shù)與外形。隨著電子器件朝著更短、小、輕、薄，且功能更多、集成度更高的方向發(fā)展，封裝在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的重要性將越發(fā)突出。
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