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3分钟读懂什么是“先进封装”!

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先进封装较传统封装,提升了芯片产品的集成密度和互联速度,降低了设计门槛,优化了功能搭配的灵活性。例如倒装将芯片与衬底互联,缩短了互联长度,实现了芯片性能增强和散热、可靠性的改善。

半导体器件有许多封装形式,按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP,技术指标一代比一代先进。
半导体产品在由二维向三维发展,从技术发展方向半导体产品出现了系统级封装(SiP)等新的封装方式,从技术实现方法出现了倒装(FlipChip),凸块(Bumping),晶圆级封装(Waferlevelpackage),2.5D封装(interposer,RDL等),3D封装(TSV)等先进封装技术。

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传统封装vs先进封装
传统封装概念从最初的三极管直插时期后开始产生。传统封装过程如下:将晶圆切割为晶粒(Die)后,使晶粒贴合到相应的基板架的小岛(LeadframePad)上,再利用导线将晶片的接合焊盘与基板的引脚相连(WireBond),实现电气连接,最后用外壳加以保护(Mold,或Encapsulation)。典型封装方式有DIP、SOP、TSOP、QFP等。先进封装主要是指倒装(FlipChip),凸块(Bumping),晶圆级封装(Waferlevelpackage),2.5D封装(interposer,RDL等),3D封装(TSV)等封装技术。先进封装在诞生之初只有WLP,2.5D封装和3D封装几种选择,近年来,先进封装的发展呈爆炸式向各个方向发展,而每个开发相关技术的公司都将自己的技术独立命名注册商标,如台积电的InFO、CoWoS,日月光的FoCoS,Amkor的SLIM、SWIFT等。尽管很多先进封装技术只有微小的区别,大量的新名词和商标被注册,导致行业中出现大量的不同种类的先进封装,而其诞生通常是由客制化产品的驱动。
先进封装优势
先进封装提高加工效率,提高设计效率,减少设计成本。先进封装主要包括倒装类(FlipChip,Bumping),晶圆级封装(WLCSP,FOWLP,PLP),2.5D封装(Interposer)和3D封装(TSV)等。以晶圆级封装为例,产品生产以圆片形式批量生产,可以利用现有的晶圆制备设备,封装设计可以与芯片设计一次进行。这将缩短设计和生产周期,降低成本。先进封装提高封装效率,降低产品成本。随着后摩尔定律时代的到来,传统封装已经不再能满足需求。传统封装的封装效率(裸芯面积/基板面积)较低,存在很大改良的空间。芯片制程受限的情况下,改进封装便是另一条出路。举例来说,QFP封装效率最高为30%,那么70%的面积将被浪费。DIP、BGA浪费的面积会更多。先进封装以更高效率、更低成本、更好性能为驱动。先进封装技术于上世纪90年代出现,通过以点带线的方式实现电气互联,实现更高密度的集成,大大减小了对面积的浪费。SiP技术及PoP技术奠定了先进封装时代的开局,2D集成技术,如WaferLevelPackaging(WLP,晶圆级封装),Flip-Chip(倒晶),以及3D封装技术,ThroughSiliconVia(硅通孔,TSV)等技术的出现进一步缩小芯片间的连接距离,提高元器件的反应速度,未来将

先进封装技术
先进封装是指前沿的倒装芯片封装(FC,Flip chip)、晶圆级封装(WLP,Wafer level packaging)、系统级封装(SiP,System In a Package)和2.5D、3D封装等,作为提高连接密度、提高系统集成度与小型化的重要方法,在单芯片向更高端制程推进难度大增时,担负起延续摩尔定律的重任。先进封装使用晶体管的前道制造方式,制作后道连接电路,故先进封装的工艺流程与前道相似,所需设备类别也大体相同,只在关键尺寸与精度上同前道有区别。使用圆片级封装时,涂胶显影设备所需尺寸与前道相同,主要为8/12寸涂胶显影设备。
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先进封装与传统封装以是否焊线来区分,先进封装主要有倒装芯片(FC)结构的封装、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装、3D封装等。分为两个方向:(1)小型化:3D封装突破传统的平面封装的概念,通过单个封装体内多次堆叠,实现了存储容量的倍增,进而提高芯片面积与封装面积的比值。(2)高集成:系统级封装SiP能将数字和非数字功能、硅和非硅材料、CMOS和非CMOS电路以及光电、MEMS、生物芯片等器件集成在一个封装内,在不单纯依赖半导体工艺缩小的情况下,提高集成度,以实现终端电子产品的轻薄短小、低功耗等功能,同时降低厂商成本。

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