半导体封装是实现芯片功能、保障器件系统正常运行的关键环节之一,是将制作好的半导体器件放入具有支持、保护的塑料、 陶瓷或金属外壳中,并与外界驱动电路及其他电子元器件相连得到独立芯片的过程。
详解半导体制造的八大步骤 - 知乎

本文将介绍目前全球半导体封装技术主要经历的五个发展阶段,如有遗漏或错误,欢迎留言补充或加入艾邦半导体材料交流群进行讨论。

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在以人工智能、高性能计算为代表的新需求驱动下,Advanced Packaging应运而生, 为了满足电子产品小型化、轻量化、高性能等要求,封装技术向着高密度、高脚位、薄型化、小型化的方向发展。迄今为止全球半导体封装技术主要经历了以下五个发展阶段:
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图片来源:无锡创达新材料招股说明书
 

第一阶段:1950-1970年代:直插式封装时代

 

1.晶体管封装(TO封装首款金属圆壳封装,三根引脚从底部伸出,具备良好的机械强度和密封性,但体积大、引脚数有限。应用于早期分立晶体管和低集成度集成电路。

TO封装的技术参数 | 肖特

 

晶体管封装(TO封装

2.单列直插封装(SIP封装):所有引脚排成单列,引脚间距(Pitch)通常为标准值,如 2.54 mm 或 1.27 mm,需要插入印刷电路板(PCB)的金属化通孔中进行焊接。

 

-分压及网络电阻-睿思电阻Resistor Today

单列直插封装(SIP封装

3.双列直插封装(DIP封装1960年代双列直插式封装诞生,采用塑料材料替代金属,引脚双列排布,数量可达64根。成本低、易于插拔,成为早期微处理器(如Intel 8086)和存储芯片的标准封装。

DIP双列直插式封装包装管防静电透明吸塑管厂家

双列直插封装(DIP封装

 

第二阶段:表面贴装技术(1980s)

 
1.SOP/QFP封装
飞利浦开发的小外形封装(SOP)和四边扁平封装(QFP)引脚间距缩小至0.4–1.27 mm,可直接贴装至PCB表面,无需穿孔
SOP封装的类型对比 图文知识-SOP封装的种类与特点SOP封装
环氧树脂模塑料(EMC)成为主流,支持高速自动化生产;封装体积比DIP减少70%,推动消费电子小型化发展。
涨知识:IC封装原理及功能特性汇总 | MCU加油站
QFP封装
 

第三阶段:1990s后阵列封装的兴起

 
  • BGA封装(Ball Grid Array)球栅阵列封装底部以阵列形式排列的锡球作为引脚,通过回流焊工艺将这些锡球与印刷电路板(PCB)上的焊盘连接。

    相比传统的QFP(四侧引脚扁平封装),BGA的引脚间距(Pitch)可以做得更小,从而实现I/O数量突破1000+,散热能力提升50%。

BGA封装-BGA封装-sop8封装|陶瓷管壳封装|晶圆切割-苏州硅时代

塑封BGA(PBGA)

 

 

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塑封BGA(PBGA)

PBGA制作成本低,性价比高,焊球参与再流焊点形成,共面度要求宽松。与环氧树脂基板热匹配性好,装配至PCB时质量高,性能好。

 

 

 

 

  • CSP封装(Chip Scale Package):CSP芯片封装是BGA封装技术下的突破,要求封装的尺寸不超过芯片本身尺寸的1.2倍

    为了实现这个极小的尺寸目标,CSP通常采用微小的焊球更精细的布线技术因此从外观上看,它非常像一个小型的、更精致的BGA,不仅减小了封装尺寸,还提高了集成度。

特性维度
BGA(球栅阵列封装)
CSP(芯片级封装)
核心定义
一种技术,指使用底部焊球阵列进行连接的封装形式。
一个尺寸标准,要求封装面积 ≤ 芯片面积的1.2倍。
尺寸与面积
封装尺寸明显大于芯片本身(可能大好几倍)。
封装尺寸非常接近芯片本身(≤1.2倍)。
应用场景
通用高性能芯片,如CPU、GPU、主板芯片组、FPGA等。
对空间要求极度苛刻的领域,如智能手机、无人机、可穿戴设备、超薄笔记本等。
与芯片关系
封装与芯片是两个独立的实体,封装保护芯片并提供对外连接。
封装更像是芯片的一层“皮肤”,与芯片紧密结合,难以分离。

 

 

第四阶段:20世纪末微系统封装的形式出现

 

随着电子信息技术的发展,人们对电子产品小型化,功能化,高集成,环保型等方向需求的不断增大,作为集成电路元器件保护和接口的微电子封装扮演着越来越重要角色,由此产生了许多新技术,新材料和新设计。

 

 

实现微小型化的关键与基础是适应电子整机与系统需要的微电子封装与组装技术的不断进步。其中基于芯片系统级或者是片上系统集成SoC(System on Chip)、芯片级组件互联MCM(Multi-Chip Module)、系统级封装 SiP(System in Package)、板级别的SOP(System on Package)等技术对这一领域的发展起到了十分重要的作用。

 

【AEC-Q104】针对车载多芯片模块(MCM)的测试标准 - 知乎系统级封装 SiP

 

第五阶段先进封装纪元(21世纪至今)

 
1.倒装芯片技术(Flip Chip)
倒装是在I/O底板上沉积锡铅球,将芯片翻转加热,利用熔融锡铅球与陶瓷机板相结合来替换传统打线键合。倒装将裸片面朝下,将整个芯片面积与基板直接连接,省掉互联引线,具备更好的电气性能。
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图片来源:半导体全解
倒装芯片封装使得互联距离缩短至微米级,电阻降低90%,支持更高频率和功率密度。苹果A系列芯片、英伟达GPU等高性能器件广泛采用。
2.晶圆级封装(WLP, Wafer-Level Packaging)
晶圆级封装是指先在整片晶圆上直接完成重布线层(RDL)、植球等工序,同时对众多芯片进行封装、测试,最后切割成单个器件,并直接贴装到基板或PCB上,生产成本大幅降低。
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图片来源:半导体全解
由于没有引线、键合和塑胶工艺,封装无需向芯片外扩展,使得WLP的封装尺寸几乎等于芯片尺寸。省去传统封装基板,厚度减少80%,成本降低30%,适用于移动设备RF芯片和传感器。
3. 2.5D/3D集成技术
2.5D封装将处理器、记忆体或是其他芯片,并列排在硅中介板上,经由微凸块连结,让硅中介板之内金属线可连接不同芯片电子讯号;再透过硅穿孔(TSV)来连结下方金属凸块,再经由导线载板连结外部金属球,实现芯片、芯片与封装基板之间互连。
3D集成和2.5D集成的主要区别在于:2.5D封装是在中介层Interposer上进行布线和打孔,而3D封装是直接在芯片上打孔和布线,连接上下层芯片。
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图片来源:半导体全解

 

就技术成熟度而言,目前全球半导体封装的主流技术处于第三阶段(球栅阵列封装),并逐步向第四阶段和第五阶段的封装技术迈进。

近年来国内领先封装企业通过自主研发和收购兼并等方式逐步掌握了部分先进封装技术,但仍以第一、第二阶段的传统封装技术为主流, 国内封装行业整体发展水平与境外仍存在一定差距。

由于先进封装技术工艺革新难点多、成本高,国内较大规模广泛应用仍需较长时间。

 

塑料在半导体制程中发挥重要作用,抗静电塑料、PP、ABS、PC、PPS、PEI,氟材料、PEEK、PI、PAI等塑料被广泛应用半导体制程中,如载具,治具,洁净室,管道,输送系统,化学品存放等。为了加快上下游交流艾邦建有半导体产业链微信群,欢迎加入产业链微信群。

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活动推荐:2025年半导体高分子材料应用发展论坛(10月30日无锡)

序号

拟定议题

演讲单位

1

PEEK材料在半导体不同制程中的应用

邀请中

2

PPS材料在半导体领域的应用

邀请中

3

半导体级PP材料应用与研究

邀请中

4

特种工程塑料型材在半导体设备领域应用

邀请中

5

氟塑料在酸碱制程中的耐腐蚀性能极限测试方法论

邀请中

6

半导体级氟塑料国产化进展

邀请中

7

半导体级氟塑料(PFA)管材挤出工艺

邀请中

8

氟橡胶在半导体设备密封领域的应用

邀请中

9

高性能橡胶在半导体制造热管理中的创新应用:耐高温密封与高效散热技术

邀请中

10

半导体晶圆传输系统橡胶缓冲材料的抗损伤与抗静电协同优化技术

邀请中

11

塑料晶圆载具中的应用

邀请中

12

IC托盘材料选型

邀请中

13

CMP保持环材料耐磨性提升

邀请中

14

晶圆清洗花篮的材料介绍

邀请中

15

先进封装光罩盒的新需求

邀请中

16

半导体微污染控制:析出物检测与工艺适配

邀请中

17

抗静电ABS在半导体制程中的应用

邀请中

18

抗静电PC/PVC洁净室板材表面处理技术

邀请中

19

全球PFAS法规收紧对含氟高分子供应链的影响与替代材料开发进展

邀请中

20

终端对半导体材料的需求及应用趋势

邀请中

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