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AI浪潮催化半导体先进封装行业产业链成长(一)
发布时间:2026-06-03 点击数:43

1半导体封装所属集成电路后道工艺,封装工艺持续优化

 

所属集成电路产业链后道,起着安防、固定、密封、保护芯片,以及确保电路性能和热保护等作用。封装测试环节所属集成电路产业链后道,主要是指安装集成电路的外壳的过程,包括将制备合格的芯片、元件等装配到载体上,采用适当的连接技术形成电气连接并构成有效组件。

常规封装主要是用引线框架承载芯片的封装形式,具有四大功能:

①芯片机械支撑和环境保护、

②接通电源、

③引出信号线和接地线、

④芯片热通路。

先进封装引脚以面阵列引出,承载芯片大都采用高性能多层基板,在原有四大功能的基础上,更肩负了提高芯片规模、扩展芯片功能和提高可靠性的作用。

 

电子封装技术覆盖四个等级,集成电路的封装主要是指其中的一级封装和二级封装,即芯片级封装和外联PCB板。

零级封装(切割晶圆):从晶圆片上切割得到芯片。

一级封装(芯片级封装):将芯片固定在封装基板或引线框架上,将芯片的焊盘与封装基板或引线框架内的引脚互连,并对芯片和互连进行保护性包封。

二级封装(外联PCB板):将一级封装和其他电子元件安装在PCB(硬质线路板),得到电子系统的插卡、插板或主板。

三级封装:将附带芯片和模块的电路板安装到系统板,组装完整的电子产品。

 

半导体封装由三要素决定:

封装体的内部结构(一级封装)、外部结构和贴装方法(二级封装)。

目前最常用的类型是“凸点-球栅阵列(BGA-表面贴装工艺”。半导体封装包括半导体芯片、装在芯片的载体(封装PCB、引线框架等)和封装所需的塑封料。

直到上世纪末80年代,普遍采用的内部连接方式都是引线框架(WB),即用金线将芯片焊盘连接到载体焊盘,而随着封装尺寸减小,封装内金属线所占的体积相对增加,为解决该问题,凸点(Bump)工艺应运而生。外部连接方式也已从引线框架改为锡球,因为引线框架和内部导线存在同样的缺点。过去采用的是“导线-引线框架-PCB通孔插装”,如今最常用的是“凸点-球栅阵列(BGA-表面贴装工艺”。

 

从封装工艺进步以提升封装效率为主线。通孔插装时期,封装体引脚数<64,封装密度≤10引脚/cm²;表面贴装时期,引脚变为引线,引线数量为3-300根,封装密度变为≤10-50引脚/cm²;球栅阵列时期,以焊球代替引线,芯片与系统的距离缩短,安装密度达到40-60引脚/cm²。目前,全球集成电路封装技术以面积阵列技术为主,即BGACSP等,随WLPTSVSiP等技术规模化推广,封装体的封装效率或进一步提升。

 

传统封装的技术迭代使得封装体尺寸更小,引脚间距更近,实际提升了封装体与PCB的互联性能(二级封装);进入先进封装时期,必须满足提升I/O数的客观需求。近几十年来I/O增速仅为晶体管密度增速的一半,I/O已经成为先进芯片性能的命脉。随着处理器和高性能芯片的计算能力不断提升,对数据的传输能力提出更高要求,需要更多I/O引脚以支持更高的数据带宽。从技术迭代来看,①BGACSP等技术支持在相对更小的封装面积内容纳更多引脚;②如Fan-Out晶圆级封装通过重布线提升I/O的数量和密度;③应用TSV和凸点等技术的2.5D/3D封装通过堆叠的方式进一步提升I/O密度和数量。


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