芯片制造之先进封装介绍.docx

在半导体发展的复杂历程中，一个显著的变革正在展开——从传统的2D技术向尖端的2.5D和3D集成电路封装的转变。这一封装技术的转变不仅揭示了摩尔定律带来的挑战和2D方法固有的限制，还承诺提高效率，并开辟了一个尚未完全探索的能力领域。

本篇中，我们将带您穿越集成电路封装的旅程，探讨从二维到三维在集成电路世界中进化的原因和方式。

1、集成电路IC

集成电路（IC）封装是半导体制造过程中的关键步骤，它涉及将半导体晶圆（实际的集成电路）封装在一个保护性的、通常是功能性的包装中。这种封装有几个目的，包括提供对环境因素的防护、散热、电气连接，有时还包括信号调节或电源供应等附加功能。

在半导体制造流程中，集成电路（IC）封装通常在实际半导体器件的制造之后进行。这个过程包括将裸露的半导体晶圆（通常是一小块含有集成电路的脆弱硅片）放入一个提供必要支持和连接的封装中。

这个现实生活中的类比有助于理解这一过程：

想象你刚烤好了一个既美味又复杂的蛋糕，这个过程类似于半导体器件的制造。这个蛋糕代表了集成电路，是你精确操作、精心制作于“厨房”（即半导体制造环境）中的成果。

但是，蛋糕容易受到外界影响，比如你要将它带到城镇另一端的派对。为了避免途中受损，你需要妥善包装。这时，坚固的蛋糕盒（相当于IC封装）就派上了用场。它不仅保护了蛋糕精致的内部结构，还提供了便捷的携带方式。

在这个类比中：

烤蛋糕（半导体制造）：在半导体晶圆上制作集成电路的过程。

包装蛋糕（IC封装）：烤好的蛋糕需要放入盒子来保护。同样，半导体制造后，将裸晶放入功能性封装中，以确保其安全。

带到派对（集成到设备中）：包装好的蛋糕可以安全带到派对地点供人享用。类似地，封装好的半导体可以安全集成到各种电子设备中，如智能手机或计算机。

在这两个例子中，包装不仅保护了脆弱的核心（蛋糕或半导体），还促进了与外界的连接（运输或电路板连接）。值得一提的是，半导体封装通常还具备散热功能，这对于维持集成电路的性能至关重要。

从2D到3D的演变中，封装从平面配置转变为分层结构。这个过程旨在克服尺寸、功耗和信号传输的限制，预示着半导体技术新时代的到来。

2、2D、2.5D和3D封装

2.1、2D封装时代

在2D集成电路封装中，将单个芯片或晶圆并排排列在基板或印刷电路板（PCB）上。使用引线键合或倒装芯片技术将它们互连。

从基础的引线键合封装到更先进的倒装芯片封装（FCP）和扇出型晶圆级封装（Fan-OutWLP），这些技术的进步极大地影响了半导体行业的发展。下面是对这些技术的一些补充说明：

1、引线键合封装（Wire-Bonding）:?这是最传统的封装方法之一，通过金属引线（通常是金线）将芯片（die）上的焊盘与基板上的焊盘连接起来。这种封装方式因其成本效益高和工艺成熟而广泛使用，但它确实存在一些局限性，如封装尺寸较大，限制了I/O的数量。

2、倒装芯片封装（FCP-flipchip）:?与传统封装不同，倒装芯片封装将芯片正面朝下放置在基板上，并通过焊球（通常是锡球）直接连接到基板。这种方式减少了信号传输距离，提高了电性能，并允许更高的封装密度和更多的I/O引脚。

3、扇出型晶圆级封装（Fan-OutWLP）:?这是一种在晶圆级别进行的封装技术，允许在芯片的外围制作出更多的I/O引脚。这种封装方法可以进一步减小封装尺寸，提高性能，并且适合于高密度互连的应用。(晶圆级封装（WaferLevelPackaging，WLP）是一种先进的半导体封装技术，它允许在晶圆级别对单个芯片进行封装，而不是在芯片切割和测试之后。这种方法可以显著提高生产效率和封装密度，同时降低成本。)

Fan-InWLP(WaferLevelPackaging)和Fan-OutWLP是两种不同的晶圆级封装技术，它们在封装结构、制造过程和应用领域上有所区别。

1、Fan-InWLP(WaferLevelPackaging)：

封装结构：在Fan-InWLP中，芯片的输入/输出（I/O）引脚被封装在芯片的周围，即I/O引脚的分布范围被限制在芯片的尺寸之内。

制造过程：该技术通常涉及在晶圆级别对芯片进行封装，包括在晶圆上形成凸点（bumps），然后进行测试和切割，形成单独的芯片。

应用领域：Fan-InWLP适用于较小尺寸、较低引脚数的芯片，如手机和其他便携式设备中的微控制器和传感器。

2、Fan-OutWLP(WaferLevelPackaging)：

封装结构：与Fan-InWLP不同，Fan-OutWLP允许I/O引脚分布在芯片的外围，即超出芯片本身的尺寸。这通过在芯片周围添加一个或多个扩展层（re-distributionlayers,RDLs）来实现。

制造过程：在Fan-OutWL