为什么要封装?主流的先进封装技术有哪些?

2025-02-09

封装,是半导体行业中的十分重要一环,在整个生产环节中处在下游位置。所有芯片的诞生都离不开封装,今天来聊一聊各种封装技术。


一、什么是封装?


PKG(Packaging)主要是在半导体制造的后道工程中完成的。即利用膜技术及微细连接技术,将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接,引出接线端子,并通过塑性绝缘介质(一般采用EMC:Encapsulated Molding Compound环氧树脂模塑料)灌封固定,构成整体主体结构的工艺。


二、为什么要封装?


封装在整个芯片制造环节中处于下游关键地位,加之先进制程放缓,封装对“延续”摩尔定律、提高芯片算力和晶体管密度、降低功耗成本的积极作用越发明显。


设计、制造之后得的晶圆裸片虽具有内部电路,但无法与外部电路连接且裸片易碎。不能直接作为芯片使用。


封装的作用可以归结为4点:


机械支撑和环境保护;


将芯片IO信号传输到电路板,实现各元件互联通信;


供电电路的分配;


将芯片的热量传导到外界环境。


从深层次来讲,最重要的目的是使芯片与电路板进行互联,但因为芯片中电路(这里更多指I/O部分)的尺寸与电路板的电路尺寸差别过于悬殊,所以需要采取一些特别的手段进行连接,而先进封装发展的原因很大程度也源于这个矛盾。


先进封装.jpg


三、主流的先进封装技术有哪些?


目前先进封装中按照主流可分为2D封装、2.5D封装、3D封装三种类型。


1、2D封装技术


其中,2D封装的代表就是“胶水”——MCM(MCM-Multichip Module,多芯片模块)技术,它能将多颗芯片和其他单元组装在同一块多层互连基板上,然后进行封装,从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。


英特尔低功耗移动版酷睿处理器就是2D封装的典型代表,将CPU和芯片组封装在一个基板上。


2、2.5D封装技术


我们可以将2.5D封装技术理解为“平面版”的乐高积木,可以在一个固定大小的平面上,横向固定不同样式和大小的积木块。


在处理器领域,这些积木块就变成了由不同工艺打造的不同功能模块,比如将7nm工艺的CPU、10nm的GPU、14nm的I/O单元、22nm的通讯单元等堆在一个基板上。


2.5D封装技术以英特尔EMIB和台积电CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)为代表。


3、3D封装技术


3D封装更像是“立体版”的乐高积木,可以像盖楼一般将所有需要的功能模块一层层地纵向叠加累积起来。


和2.5D封装不同,3D封装是一种晶圆对晶圆(Wafer-On-Wafer)无凸起的键合(Bonding)3D IC制程技术。


目前符合这一标准的技术,主要以台积电旗下的WoW(Wafer on Wafer),以及英特尔主推的“Foveros”的3D封装技术为主。


四、4D集成技术介绍


物理结构:多块基板采用非平行的方式进行安装,且每一块基板上均设有元器件,元器件的安装方式具有多样化。


电气连接:基板间采用柔性电路或焊接的方式相连,基板中芯片的电气连接多样化。


基于刚柔基板的4D集成示意图:


(图8)


4D集成定义主要是关于多块基板的方位和相互连接方式,因此在4D集成也会包含有2D,2D+,2.5D,3D的集成方式


(图7:4D集成.jpg)


五、半导体芯片设备配件常用的PFA产品


1、PFA管,PFA管常见规格:


1/8英寸(1.6*3.2mm)、1/4英寸(3.96*6.35mm)、3/8英寸(6.35*9.525mm)、


1/2英寸(9.5*12.7mm)、3/4英寸(15.88*19.05mm)、1英寸(22.2*25.4mm)。


2、PFA接头,PFA焊接接头,PFA入珠接头,PFA扩口接头,三氟莱常见规格:包括1/8英寸、1/4英寸、3/8英寸、1/2英寸、3/4英寸和1英寸‌。


3、PFA阀门,常见规格:通常为1寸以下英制尺寸,如1/4寸、3/8寸、1/2寸、3/4寸、1寸。


4、PFA注塑件


5、PTFE车削件


三氟莱,高纯氟塑料制品生产厂家,半导体工厂高纯PFA管供应商。


本文由三氟莱PFA管小姐姐原创,欢迎关注,带你一起长知识!


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