随着市场对高性能和高容量存储器产品的需求不断增加,从十年前开始,诸如*重新分配层(RDL)、*倒片封装(Flip Chip)和*硅穿孔(TSV)等封装技术得到了积极广泛的应用。通过金属、塑料或陶瓷外壳为脆弱的裸芯片提供机械保护,防止物理损伤、化学腐蚀及湿气侵蚀,同时利用引线键合(Wire Bonding)或倒装焊(Flip-Chip)技术将芯片的接合焊盘(Bond Pad)与外部引脚或焊球阵列(如BGA)互连,实现与印刷电路板(PCB)的电气信号传输和电力供应。封装过程涵盖晶圆切割(Wafer Saw)、芯片贴装(Die Attach)、键合(Bonding)、塑封(Molding)、切筋成型(Trim & Form)等步骤,最终形成独立器件,确保芯片在散热、可靠性和集成密度上的优化。例如,塑料封装(占比超70%)凭借低成本和高效率成为主流,而3D堆叠封装(如TSV硅通孔技术)则通过垂直互联提升存储器的带宽和空间利用率,满足高性能计算需。
1、封装的定义封装狭义的定义是指安装集成电路芯片外壳的过程;广义的定义应包括将制备合格的芯片、元件等装配到载体(Carrier)上,采用适当的连接技术形成电气连接、安装外壳,构成有效组件的整个过程。
安装集成电路芯片(元件)的外壳,可以采用塑料、金属、陶瓷、玻璃等材料通过特定的工艺将芯片(元件)包封起来,使得集成电路在各种环境和工作条件下能稳定、可靠地工作。
微电子封装(Microelectronic Package)是将微电子产品中各个单元连接起来实 现器件功能的技术,是连接芯片内部电路和外部电路的桥梁,是实现芯片功率输入、输出与外界连接的途径。2、封装的目的(1)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。
(2)物理保护:防尘、防潮、防静电、防机械损伤。。一是塑料封装:注塑工艺将组装好的模具包裹在硬质塑料中;二是金属盖:组装好的模具密封在金属盖下。
(3)热管理:散热,防止芯片过热,确保正常工作。一方面导热填料:导热封装材料可以帮助将热量从管芯中传导出去。另外热扩散器:金属盖还可以有效地将热量传播到更大的表面积。
(4)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。
(5)标注化和兼容性:标准化插座允许快速连接、更换或升级产品
3、封装焊接方式
在制造芯片的过程中,化学和激光蚀刻会暴露出芯片顶部的连接。为了进行电气连接,可以在顶部将电线键合到这些连接上,或者可以将管芯倒置(“翻转”)以将键合施加到底部。首先引线键合:非常细的线(通常是金)将管芯上的键合焊盘连接到插入器上的金属迹线。超过80%的集成电路使用引线键合。倒装芯片:芯片倒置。管芯上的焊球直接键合到封装基板上的金属焊盘上。这也是现阶段主流的焊接方式。
引线键合封装技术(Wire bonded Package)微电子封装芯片互连工艺技术——引线键合篇,这是一种通过细金属线将芯片顶部的焊盘与封装基板连接起来以实现电气互连的传统方式。它的核心优点在于制造成本低、工艺简单且设计灵活,能适应不同尺寸的芯片。然而,其缺点也非常突出,即封装整体尺寸较大,并且长长的金属引线会产生较大的寄生电压损耗和信号延迟,从而限制了高频性能和信号传输速度。
凸点封装技术,通常也称为倒装焊(Flip-Chip)微电子封装芯片互连工艺技术——倒装焊(FCB)篇。它使用焊料“凸点”来代替传统的金属引线,直接将芯片的金属焊盘与封装基板的对应焊盘连接起来。这种方式的核心优势在于,极短的电气连接路径能显著降低寄生电压损耗和信号延迟,从而获得远优于引线键合的电性能;同时,它还能实现更高密度的互连,并有效缩小整体封装尺寸。然而,其缺点是制造工艺更复杂,成本更高,并且设计的灵活性较差,当芯片尺寸或设计改变时,通常需要重新设计整个凸点的连接图案。
“堆叠封装”(Package-on-Package, PoP)技术,这是一种为解决使用凸点(Bumped)连接的芯片不易直接进行多层堆叠的挑战而发展的垂直整合方案。其核心理念并非堆叠裸晶片,而是将多个已经独立封装好的芯片成品垂直堆叠起来,这种方法常用于在处理器封装上叠加内存封装,从而在不增加主板占用面积的情况下有效扩展内存容量。PoP技术的一大优势是支持混合键合方式,允许堆叠中的每个封装根据自身需求采用最优的内部连接技术,例如图中顶层封装内部就使用了引线键合来堆叠芯片,而它作为一个整体再通过焊球(Inter-Package Vias)堆叠于底层封装之上,形成一个紧凑且高密度的三维组件。
“硅通孔”(Through Silicon Vias, TSV)微电子封装工艺技术——先进封装之TSV 工艺技术篇的先进半导体制造技术。其核心是在硅晶片(Die)的垂直方向上蚀刻并填充金属,形成贯穿整个芯片厚度的电气通道或“通孔”。这种创新的互连方式可以直接将垂直堆叠的多层芯片电性连接起来,并最终通过底部凸点(Pillar)连接到中介层(Interposer)。相较于传统封装技术,TSV实现了最短的芯片间连接路径,从而极大地提升了信号传输速度、降低了功耗和延迟,并实现了前所未有的高密度三维集成,是制造高带宽内存(HBM)等高性能芯片的关键技术。
文章归原作者所有,转载仅为分享和学习使用,不做任何商业用途!内容如有侵权,请联系本部删除!
