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半導(dǎo)體封裝形式發(fā)展簡史(三)

發(fā)布時間:2024-03-09作者來源:薩科微瀏覽:1096


(5)21世紀(jì)(倒裝封裝技術(shù)、系統(tǒng)級封裝技術(shù)和晶圓級封裝技術(shù))

自20世紀(jì)90年代中期之后,集成電路封裝體的外觀(形狀、引腳樣式)并未發(fā)生重大變化,但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了三次重大技術(shù)革新,分別為:倒裝封裝技術(shù)、系統(tǒng)級封裝技術(shù)和晶圓級封裝技術(shù)。

①倒裝封裝技術(shù)

嚴(yán)格來說,倒裝封裝技術(shù)由來已久。早在 1964 年 IMB 在其固態(tài)邏輯技術(shù)混合組件中首次使用了該項技術(shù)。但倒裝技術(shù)從 20 世紀(jì) 60 年代至 90 年代一直都未取得重大突破,直到 20 世紀(jì) 90 年代后隨著材料、設(shè)備及加工工藝的發(fā)展,同時隨著電子產(chǎn)品小型化、高速化、多功能趨勢的日益加強(qiáng),倒裝技術(shù)再次得到集成電路封測行業(yè)的廣泛關(guān)注。

常規(guī)芯片封裝流程包括裝片、引線鍵合(焊線)兩個關(guān)鍵工序,而倒裝(FC,F(xiàn)lip Chip) 是通過晶圓凸點(diǎn)工藝(Bumping)在待封裝晶粒的電氣層表面形成一層呈陣列排布的金屬凸點(diǎn)(Bump),然后將金屬凸點(diǎn)直接與基板連接。

與常規(guī)焊線芯片相比,倒裝封裝工藝采用了凸點(diǎn)結(jié)構(gòu),互聯(lián)長度更短,互聯(lián)電阻、電感更小,封裝后芯片的電性能明顯提高。此外,由于倒裝工藝是將晶粒中的布線引出,再通過晶圓凸點(diǎn)工藝進(jìn)行重新陣列排布,其 I/O 數(shù)量較焊線工藝大幅提升。

目前,倒裝技術(shù)作為先進(jìn)封裝領(lǐng)域代表性技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于從 QFN 到BGA 多種封裝形式之中。

②系統(tǒng)級封裝技術(shù)

隨著便攜式電子設(shè)備復(fù)雜性的增加,對集成電路芯片多功能、低功耗和輕薄性的要求越來越高,而使用先進(jìn)晶圓制(10nm 及以下)將全部功能集成在一枚晶粒上的單芯片系統(tǒng)(SoC)面臨開發(fā)周期長、開發(fā)成本昂貴等問題。在這種情況下,系統(tǒng)級封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

系統(tǒng)級封裝并非專指一種技術(shù),而是在工程設(shè)計基礎(chǔ)上,通過高精度裝片技術(shù)、高密度焊線技術(shù)、高精度 SMT 貼合技術(shù)、混合封裝技術(shù)、多種電磁屏蔽技術(shù)、多種底部填充技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù),將多枚晶粒通過平鋪或堆疊的方式同電容、電阻、電感、天線等大量 SMT 元器件共同集成在一枚封裝體內(nèi)的解決方案。通過系統(tǒng)級封裝,封測企業(yè)不僅將具備不同功能、使用不同材質(zhì)的多枚集成電路晶粒集合在一起,同時還將原先獨(dú)立散落分布在 PCB 板上的大量SMT 元器件整合進(jìn)封裝體內(nèi)部。封裝體逐漸從芯片載體,發(fā)展為一塊系統(tǒng)模組,大幅提高了 PCB 板的空間利用率和組裝效率。

目前,系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品已成為中高端先進(jìn)封裝領(lǐng)域最常見的解決方案。

③晶圓級封裝技術(shù)

晶圓級封裝技術(shù)出現(xiàn)在 2000 年左右,是指在晶圓裸晶上進(jìn)行部分或全部封裝加工。晶圓級封裝是晶圓凸點(diǎn)技術(shù)(Bumping)結(jié)合晶圓重布線(RDL,Redistribution layer)技術(shù)產(chǎn)生的一種封裝工藝,根據(jù)封裝結(jié)構(gòu)的不同,可分為扇入式封裝(Fan-in)、扇出式封裝(Fan-out)等。

由于晶圓級封裝是在晶粒上進(jìn)行封裝加工,因此其封裝體體積最小,在小型移動應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢。此外,由于晶圓級封裝內(nèi)部均使用晶圓凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互聯(lián),并通過晶圓重布線工藝進(jìn)行了陣列排布,因此晶圓級封裝具有優(yōu)異的電氣性能和 I/O 數(shù)量。

近年來,晶圓級封裝開發(fā)出通過硅通孔(TSV)互聯(lián)的多晶?;ヂ?lián)、堆疊工藝,成為系統(tǒng)級封裝解決方案中重要技術(shù)工藝和發(fā)展方向。

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