芯片封裝技術(shù)培訓(xùn)課件

芯片封裝技術(shù)培訓(xùn)課件演講人：日期:CATALOGUE目錄半導(dǎo)體封裝技術(shù)基礎(chǔ)主流封裝技術(shù)分類先進(jìn)封裝核心技術(shù)封裝工藝流程詳解封裝材料與設(shè)備行業(yè)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)典型應(yīng)用案例分析01半導(dǎo)體封裝技術(shù)基礎(chǔ)將芯片內(nèi)部電路與外部電路連接，保護(hù)芯片免受物理、化學(xué)等環(huán)境因素影響的技術(shù)。封裝定義提供機(jī)械支撐，保護(hù)芯片免受物理損壞；實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，保證電路正常工作；散熱，保持芯片在工作溫度范圍內(nèi)；提供對(duì)外連接接口，便于安裝和測(cè)試。封裝功能封裝的定義與功能封裝技術(shù)發(fā)展歷程早期封裝采用DIP（雙列直插式封裝）等形式，封裝尺寸較大，引腳數(shù)量有限。中期封裝現(xiàn)代封裝采用SOP（小外形封裝）、QFP（四邊引出扁平封裝）等表面貼裝技術(shù)，封裝尺寸大幅減小，引腳數(shù)量大幅增加。采用BGA（球柵陣列封裝）、CSP（芯片尺寸封裝）等先進(jìn)封裝技術(shù)，封裝尺寸進(jìn)一步縮小，引腳數(shù)量更多，電性能更優(yōu)越。123傳統(tǒng)封裝工藝成熟，成本低，封裝尺寸較大，引腳數(shù)量有限，適用于低頻、低速電路。先進(jìn)封裝工藝精細(xì)，成本高，封裝尺寸小，引腳數(shù)量多，可實(shí)現(xiàn)高速、高頻電路封裝，適用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。同時(shí)，先進(jìn)封裝還具有更好的散熱性能和可靠性，可提高產(chǎn)品的使用壽命和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)封裝與先進(jìn)封裝對(duì)比02主流封裝技術(shù)分類引線鍵合（WireBonding）技術(shù)原理及特點(diǎn)利用細(xì)金屬線將芯片上的電極與封裝體外部引腳連接起來，具有成本低、工藝成熟、可靠性高等特點(diǎn)。02040301鍵合工藝金絲球焊、鋁絲楔焊等，要求精確控制鍵合溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于各種封裝類型，包括DIP、SOP、QFP等。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)為成本低、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)；缺點(diǎn)為寄生電感、電容較大，影響高頻性能。原理及特點(diǎn)將芯片有源面向下，通過凸點(diǎn)（Bump）與基板或封裝體實(shí)現(xiàn)電氣連接，具有寄生電感小、電容小、信號(hào)傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。凸點(diǎn)制備工藝包括蒸發(fā)、電鍍、印刷等多種方法，要求凸點(diǎn)高度均勻、形狀一致。應(yīng)用領(lǐng)域適用于高頻率、高性能要求的芯片封裝，如CPU、GPU等。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)為高頻性能優(yōu)良、封裝密度高；缺點(diǎn)為制造成本高、對(duì)工藝要求嚴(yán)格。倒裝芯片（FlipChip）技術(shù)01020304在晶圓上完成芯片的封裝測(cè)試，再切割成單個(gè)器件，具有封裝尺寸小、成本低、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。適用于各類便攜式電子產(chǎn)品，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。晶圓減薄、凸塊制作、晶圓切割等，需要高精度設(shè)備和工藝支持。優(yōu)點(diǎn)為封裝尺寸小、成本低；缺點(diǎn)為對(duì)工藝精度要求高，且難以實(shí)現(xiàn)高密度引腳連接。晶圓級(jí)封裝（WLP）技術(shù)原理及特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵工藝優(yōu)缺點(diǎn)2.5D/3D封裝技術(shù)原理及特點(diǎn)通過硅通孔（TSV）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片在三維空間內(nèi)的互連，具有更高的集成度和更小的封裝尺寸。應(yīng)用領(lǐng)域適用于高性能、高密度的芯片封裝，如存儲(chǔ)器、處理器等。關(guān)鍵工藝硅通孔制作、芯片堆疊、熱管理、可靠性測(cè)試等，技術(shù)難度較高。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)為集成度高、性能優(yōu)良；缺點(diǎn)為制造成本高、技術(shù)難度大，且需要先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)。03先進(jìn)封裝核心技術(shù)硅通孔（TSV）技術(shù)原理通過在硅片上制造垂直導(dǎo)電通道，實(shí)現(xiàn)芯片的三維互連，提高集成度和性能。TSV技術(shù)概述包括通孔刻蝕、絕緣層沉積、金屬填充和CMP等步驟，確保通孔的導(dǎo)電性能和可靠性。廣泛應(yīng)用于三維封裝、存儲(chǔ)器堆疊和異質(zhì)集成等領(lǐng)域，成為未來封裝技術(shù)的重要發(fā)展方向。TSV工藝流程具有減小芯片尺寸、提高信號(hào)傳輸速度和降低功耗等優(yōu)點(diǎn)，但面臨制造難度和成本高等挑戰(zhàn)。TSV的優(yōu)缺點(diǎn)分析01020403TSV應(yīng)用前景01020304包括光刻、濺射、電鍍和蝕刻等步驟，精細(xì)制作金屬布線層。重布線層（RDL）技術(shù)應(yīng)用RDL工藝流程廣泛應(yīng)用于倒裝芯片、晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝（WLCSP）和系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等領(lǐng)域。RDL應(yīng)用領(lǐng)域具有高密度、高可靠性、低成本和易于實(shí)現(xiàn)細(xì)間距布線等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種封裝形式。RDL技術(shù)特點(diǎn)通過在芯片表面制造細(xì)線條的金屬布線層，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路與外部電路的互連。RDL技術(shù)原理SiP技術(shù)概述將多個(gè)具有不同功能的芯片和器件集成在一個(gè)封裝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的高性能、高集成度和高可靠性。系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）集成方案01SiP制造工藝包括芯片堆疊、RDL制作、凸塊制作、倒裝焊接和封裝等步驟，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的三維集成。02SiP設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)需要考慮不同芯片之間的互連、信號(hào)完整性、電源完整性、熱管理和可靠性等問題，以確保系統(tǒng)的整體性能。03SiP應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子等領(lǐng)域，推動(dòng)了電子產(chǎn)品的小型化和多功能化。0404封裝工藝流程詳解前道工序：晶圓切割與貼片晶圓切割采用機(jī)械或激光切割技術(shù)，將整片晶圓分割成單個(gè)芯片。貼片將切割好的芯片通過精密的貼片工藝，粘貼在載體上，為后續(xù)工藝提供支撐。芯片表面處理清潔芯片表面，去除切割過程中產(chǎn)生的粉塵和污漬，提高貼片質(zhì)量。中道工序：互連與塑封互連通過引線鍵合或倒裝焊接等技術(shù)，將芯片上的電極與外部引腳連接起來，實(shí)現(xiàn)電路導(dǎo)通。塑封封裝體切割采用注塑成型技術(shù)，將塑料封裝材料注入模具中，包裹住芯片和連接部分，保護(hù)芯片免受外部環(huán)境的損害。將塑封后的封裝體進(jìn)行切割，分離出單個(gè)芯片封裝單元。123初步測(cè)試通過一系列的環(huán)境試驗(yàn)和性能測(cè)試，驗(yàn)證芯片封裝在惡劣環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性?？煽啃则?yàn)證標(biāo)記與包裝對(duì)通過測(cè)試的芯片進(jìn)行標(biāo)記，包括型號(hào)、批次等信息，并進(jìn)行包裝，以便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸。對(duì)封裝后的芯片進(jìn)行基本的電性能測(cè)試，篩選出合格產(chǎn)品。后道工序：測(cè)試與可靠性驗(yàn)證05封裝材料與設(shè)備有機(jī)基板有機(jī)基板是應(yīng)用最廣泛的基板材料，具有成本低、加工方便、易于多層布線等優(yōu)點(diǎn)?；宀牧希ㄓ袡C(jī)/陶瓷/硅基）陶瓷基板陶瓷基板具有高導(dǎo)熱率、高絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，適用于高密度封裝。硅基基板硅基基板具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能，是高性能芯片封裝的理想選擇。鍵合線金線、鋁線和銅線等是常用的鍵合線材料，具有低電阻、高導(dǎo)熱性能、良好的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。凸塊材料凸塊材料是芯片與基板之間的連接點(diǎn)，常用的凸塊材料包括金凸塊、銅凸塊、焊錫凸塊等，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性。鍵合線與凸塊材料選擇關(guān)鍵設(shè)備（貼片機(jī)/鍵合機(jī)/測(cè)試機(jī)）貼片機(jī)是將芯片貼裝到基板上的設(shè)備，要求精度高、速度快、穩(wěn)定性好。貼片機(jī)鍵合機(jī)是將芯片與基板上的鍵合線或凸塊材料連接起來的設(shè)備，包括金絲球焊機(jī)、鋁線壓焊機(jī)等。鍵合機(jī)測(cè)試機(jī)是對(duì)芯片進(jìn)行功能和性能測(cè)試的設(shè)備，包括測(cè)試機(jī)臺(tái)、測(cè)試程序、測(cè)試探針等。測(cè)試機(jī)06行業(yè)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)隨著摩爾定律的推進(jìn)，晶體管的尺寸不斷縮小，對(duì)封裝技術(shù)提出了更高的要求，需要更精細(xì)的加工和更高效的散熱技術(shù)。摩爾定律下的封裝技術(shù)革新晶體管尺寸縮小為了滿足更高性能的需求，芯片封裝密度不斷提高，需要更先進(jìn)的封裝技術(shù)和更嚴(yán)格的制造工藝。封裝密度提高隨著芯片應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，封裝形式也需要不斷創(chuàng)新，以滿足不同領(lǐng)域的需求。封裝形式多樣化異質(zhì)集成與Chiplet技術(shù)異質(zhì)集成將不同材料、工藝和功能的芯片集成在一起，提高系統(tǒng)性能和功能，是封裝技術(shù)的重要發(fā)展方向。Chiplet技術(shù)技術(shù)挑戰(zhàn)一種將多個(gè)小型芯片組合成一個(gè)芯片的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更高的集成度和更低的功耗，是異質(zhì)集成的典型應(yīng)用。異質(zhì)集成和Chiplet技術(shù)需要解決不同材料、工藝和芯片之間的互連和互通信問題，對(duì)封裝技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。123國(guó)內(nèi)封裝產(chǎn)業(yè)鏈正在快速發(fā)展，但與國(guó)際領(lǐng)先水平相比仍存在一定差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)、設(shè)備和材料等方面。國(guó)產(chǎn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇與瓶頸產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀隨著國(guó)家政策的支持和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。機(jī)遇國(guó)產(chǎn)封裝產(chǎn)業(yè)鏈在技術(shù)、人才、資金等方面仍面臨諸多瓶頸，需要加強(qiáng)自主創(chuàng)新和國(guó)際合作，提高整體競(jìng)爭(zhēng)力。瓶頸07典型應(yīng)用案例分析可靠性測(cè)試對(duì)封裝后的芯片進(jìn)行嚴(yán)格的可靠性測(cè)試，包括溫度循環(huán)測(cè)試、機(jī)械沖擊測(cè)試等，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。芯片尺寸與封裝形式選擇針對(duì)高性能計(jì)算芯片的特點(diǎn)，選擇合適的芯片尺寸和封裝形式，如BGA、CSP等，以滿足芯片的高集成度、高頻率和高散熱需求。散熱設(shè)計(jì)高性能計(jì)算芯片功耗較大，需要采用有效的散熱設(shè)計(jì)，如熱沉、散熱片、風(fēng)扇等，確保芯片在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)能夠保持正常溫度。信號(hào)完整性設(shè)計(jì)針對(duì)高性能計(jì)算芯片的高速信號(hào)傳輸需求，需要進(jìn)行信號(hào)完整性設(shè)計(jì)和仿真分析，以確保信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。高性能計(jì)算芯片封裝方案存儲(chǔ)器堆疊封裝實(shí)踐堆疊封裝技術(shù)采用堆疊封裝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的高密度集成，提高存儲(chǔ)容量和性能。TSV（硅通孔）技術(shù)TSV技術(shù)是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器堆疊封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以實(shí)現(xiàn)芯片之間的互連和信號(hào)傳輸。堆疊封裝可靠性堆疊封裝需要保證各層芯片之間的連接可靠性，同時(shí)要考慮散熱和機(jī)械應(yīng)力等問題。堆疊封裝測(cè)試針對(duì)堆疊封裝的測(cè)試方法和技術(shù)，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。汽車電子工作環(huán)境溫度較高，封裝需要具有良好的耐溫性