封裝工藝流程介紹

電子封裝技術(shù)是系統(tǒng)封裝技術(shù)的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)封裝技術(shù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它要求在最小影響電子芯片電氣性能的同時對這些芯片提供保護、供電、冷卻、并提供外部世界的電氣與機械聯(lián)系等。本文將從發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢兩個方面對當(dāng)前電子封裝技術(shù)加以闡述，使大家對封裝技術(shù)的重要性及其意義有大致的了解。

集成電路芯片一旦設(shè)計出來就包含了設(shè)計者所設(shè)計的一切功能，而不合適的封裝會使其性能下降，除此之外，經(jīng)過良好封裝的集成電路芯片有許多好處，比如可對集成電路芯片加以保護、容易進(jìn)行性能測試、容易傳輸、容易檢修等。

因此對各類集成電路芯片來說封裝是必不可少的。現(xiàn)今集成電路晶圓的特征線寬進(jìn)入微納電子時代，芯片特征尺寸不斷縮小，必然會促使集成電路的功能向著更高更強的方向發(fā)展，這就使得電子封裝的設(shè)計和制造技術(shù)不斷向前發(fā)展。近年來，封裝技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注的焦點之一，各種封裝方法層出不窮，實現(xiàn)了更高層次的封裝集成。本文正是要從封裝角度來介紹當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。

近年來，我國的封裝產(chǎn)業(yè)在不斷地發(fā)展。一方面，境外半導(dǎo)體制造商以及封裝代工業(yè)紛紛將其封裝產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至中國，拉動了封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴大；另一方面，國內(nèi)芯片制造規(guī)模的不斷擴大，也極大地推動封裝產(chǎn)業(yè)的高速成長。但雖然如此，IC的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與市場規(guī)模之比始終未超過20%，依舊是主要依靠進(jìn)口來滿足國內(nèi)需求。因此，只有掌握先進(jìn)的技術(shù)，不斷擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，將國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)國際化、品牌化，才能使我國的IC產(chǎn)業(yè)逐漸走到世界前列。

新型封裝材料與技術(shù)推動封裝發(fā)展，其重點直接放在削減生產(chǎn)供應(yīng)鏈的成本方面，創(chuàng)新性封裝設(shè)計和制作技術(shù)的研發(fā)倍受關(guān)注，WLP設(shè)計與TSV技術(shù)以及多芯片和芯片堆疊領(lǐng)域的新技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)呈井噴式增長態(tài)勢，推動高密度封測產(chǎn)業(yè)以前所未有的速度向著更長遠(yuǎn)的目標(biāo)發(fā)展。

大體上說，電子封裝表現(xiàn)出以下幾種發(fā)展趨勢：

（1）電子封裝將由有封裝向少封裝和無封裝方向發(fā)展；

（2）芯片直接貼裝（DAC）技術(shù)，特別是其中的倒裝焊（FCB）技術(shù)將成為電子封裝的主流形式；

（3）三維（3D）封裝技術(shù)將成為實現(xiàn)電子整機系統(tǒng)功能的有效途徑；

（4）無源元件將逐步走向集成化；

（5）系統(tǒng)級封裝（SOP或SIP）將成為新世紀(jì)重點發(fā)展的微電子封裝技術(shù)。一種典型的SOP——單級集成模塊（SLIM）正被大力研發(fā)；

（6）圓片級封裝（WLP）技術(shù)將高速發(fā)展；

（7）微電子機械系統(tǒng)（MEMS）和微光機電系統(tǒng)（MOEMS）正方興未艾，它們都是微電子技術(shù)的拓展與延伸，是集成電子技術(shù)與精密機械力加工技術(shù)、光學(xué)元器件技術(shù)為一體的新興技術(shù)，真正達(dá)到了機、電、光的一體化。

從半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，高密度薄型化系統(tǒng)集成的（芯片疊層封裝）POP、（系統(tǒng)級封裝）SIP、（晶圓級封裝）WLP、（硅通孔）TSV、3D封裝等代表著IC封測技術(shù)發(fā)展的主流方向，先進(jìn)封裝技術(shù)與SIP是產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱門話題，其封裝基板向更小尺寸發(fā)展，引腳數(shù)量進(jìn)一步增多，引腳線寬/引腳間距更微細(xì)化，布線密度增大，芯片堆疊層數(shù)增加，原材料、設(shè)備、工藝技術(shù)難度更高都是其發(fā)展趨勢。

半導(dǎo)體技術(shù)路線圖不斷從質(zhì)量、成本和小型化等方面對產(chǎn)品制定新的更高的要求，后摩爾定律的內(nèi)涵是以“功能翻番”作為新的利潤增長點，追求異構(gòu)器件/模塊集成、3D集成將成為主流，努力實現(xiàn)“功能翻番”和“尺寸縮小”以及“微結(jié)構(gòu)”的復(fù)合發(fā)展，SIP是“后摩爾時代”的發(fā)展方向之一，開發(fā)集成微系統(tǒng)技術(shù)涉及微電子、光電子、MEMS、架形、極小的熱效應(yīng)區(qū)、很高的芯片強度值，同時還能保證很高的生產(chǎn)效率，將使其在劃片工藝中得到廣泛應(yīng)用。

為了在封裝內(nèi)集成更多的功能，許多公司都在尋求密度更高的3D芯片封裝，3D互連打破了當(dāng)前芯片封裝主要在x和y方向的格局，增加了z方向封裝，該結(jié)構(gòu)使用更短的信號通路，由于信號損耗降低，對傳輸功率的要求變得更低，性能也就有了很大的提高。因此3D互聯(lián)技術(shù)成為未來封裝技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，然而如何開發(fā)3D封裝技術(shù)，還需要一步一步創(chuàng)新研發(fā)，未來的設(shè)備將集成程度將更高，而且功能也會愈來愈多。

3D集成被認(rèn)為是下一代的封裝方案，現(xiàn)已提出多種方法，關(guān)注規(guī)模生產(chǎn)中的生產(chǎn)率和成本，無凸點WOW（晶圓堆疊晶圓）是繼芯片——芯片、芯片——晶圓技術(shù)后的第三代技術(shù)，在背面-正面堆疊任何數(shù)量的減薄300mm晶圓，自對準(zhǔn)多TSV互連而不用凸點,能實現(xiàn)芯片對芯片的獨立連接，提高了晶圓級堆疊的總良率，可制定通向以生產(chǎn)成本支撐的高密度集成路線圖，其產(chǎn)出是以往的100倍。下一代3D制造中規(guī)模生產(chǎn)將采用芯片——晶圓技術(shù)，然后是WOW。

3D DRAM（動態(tài)隨機存取存儲器）封裝采用TSV/DRAM陣列堆疊技術(shù)，將4片或更多的DRAM核心芯片通過TVS堆疊，并與另外的外圍電路接口芯片一起鍵合到襯底上，從概念轉(zhuǎn)為生產(chǎn)，有望帶來優(yōu)異的功率性能，封裝更小，并支持更高數(shù)據(jù)速率，成為未來工藝發(fā)展的趨勢。

CPU與存儲器的3D封裝是后摩爾時代的發(fā)展方向之一，3D封裝技術(shù)在解決MEMS（微機電）傳感器芯片的應(yīng)用方面也扮演了關(guān)鍵性角色，在異質(zhì)整合特性中，也可進(jìn)一步整合模擬射頻、數(shù)字邏輯、存儲器、傳感器、混合信號、MEMS等各種組件，具備低成本、小尺寸、多功能、微功耗等多重優(yōu)勢， MEMS的3D封裝發(fā)展備受關(guān)注，逐步走向商品化。

TSV發(fā)展迅速，被許多半導(dǎo)體廠商和研究機構(gòu)認(rèn)為是最有前途的封裝方法，國際上超過50%的廠商均參與3D TSV互連方面的研究，用于增加封裝密度，以TSV為主要互連方式的3D封裝結(jié)構(gòu)，將在消費類電子、通信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機器人、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

先進(jìn)封裝技術(shù)在推動更高性能、更低功耗、更低成本和更小形狀因子的產(chǎn)品上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。晶圓級芯片尺寸封裝（WCSP）應(yīng)用范圍在不斷擴展，無源器件、分立器件、RF和存儲器的比例不斷提高。隨著芯片尺寸和引腳數(shù)目的增加，板級可靠性成為一大挑戰(zhàn)。系統(tǒng)封裝（SIP）已經(jīng)開始集成MEMS器件、邏輯電路和特定應(yīng)用電路。

MEMS應(yīng)用覆蓋了慣性、物理、RF、光學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，這些應(yīng)用要求使用不同種類的封裝，比如開腔封裝、過模封裝、晶圓級封裝和一些特殊類型的密封封裝。使用TSV的三維封裝技術(shù)可以為MEMS器件與其他芯片的疊層提供解決方案。TSV與晶圓級封裝的結(jié)合可以獲得更小的填充因子，潛在領(lǐng)域包括光學(xué)、微流體和電學(xué)開關(guān)器件等。

圍繞3D封裝、綠色封裝、封裝可靠性與測試、表面組裝與高密度互連、封裝基板制造、先進(jìn)封裝設(shè)備、封裝材料、LED（發(fā)光二極管）封裝、新興封裝（MEMS/MOEMS）等技術(shù)是多個產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的專題，尤其對MEMS封裝技術(shù)的研發(fā)持續(xù)高漲。

電子封裝技術(shù)已涉及到各類材料、電子、熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、可靠性等多種學(xué)科，是越來越受到重視、并與集成電路芯片同步發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。設(shè)計、芯片制造和封裝測試三業(yè)并舉，封裝在整個IC產(chǎn)業(yè)鏈中的重要性是毋庸置疑的，其比例逐步趨向合理協(xié)調(diào)發(fā)展，其重要性有增無減。

目前電子封裝正進(jìn)入從平面封裝到三維封裝的發(fā)展階段，在芯片——封裝協(xié)同設(shè)計以及為滿足各種可靠性要求而使用具成本效益的材料和工藝方面，還存在很多挑戰(zhàn)。為滿足當(dāng)前需求并使設(shè)備具有高產(chǎn)量大產(chǎn)能的能力，業(yè)界還需要在技術(shù)和制造方面進(jìn)行眾多的創(chuàng)新研究。

當(dāng)然，挑戰(zhàn)與機遇并存，先進(jìn)封裝產(chǎn)品的市場需求呈現(xiàn)強勁增長，重大專項給力引領(lǐng)，產(chǎn)業(yè)環(huán)境日臻完善，自主知識產(chǎn)權(quán)成為封測產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主旋律，因此電子封裝技術(shù)研發(fā)任重而道遠(yuǎn)。