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  在摩爾定律發(fā)展腳步遲緩的情況下，對芯片制造商而言，光是依靠持續(xù)縮小晶體管尺寸所帶來的效能增進(jìn)，已不足以滿足未來的應(yīng)用需求。以往，一項(xiàng)全新技術(shù)的誕生能夠?yàn)檎麄€(gè)芯片行業(yè)帶來翻天覆地的變化，而如今一個(gè)小小的性能提升便能讓人欣喜不已。

  于是，越來越多的人開始關(guān)注芯片制造流程中的各項(xiàng)工藝，將目光放在半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)上。以小尺寸、輕薄化、高引腳、高速度為特征的先進(jìn)封裝技術(shù)能夠大幅縮減芯片的封裝尺寸，提升性能，后摩爾時(shí)代封裝行業(yè)的地位提升已成必然。芯片封裝是集成電路芯片生產(chǎn)完成后不可或缺的一道工序，是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的重要橋梁。通過封裝技術(shù)，將芯片上的線路用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接，從而實(shí)現(xiàn)由“器件到系統(tǒng)”的完美轉(zhuǎn)變。

  正所謂“好馬配好鞍”，想要完美發(fā)揮芯片本身的性能與功效，合理的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自然是必不可少。

  封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮

  封裝的種類千千萬，說到設(shè)計(jì)考慮，主要還是在于載板、鍵合方式、芯片與器件的保護(hù)散熱方式以及不同引腳形式的相互組合(如上圖)。

  封裝載板

  所謂的封裝載板，上承接裸芯片，下互連 PCB，是目前封裝領(lǐng)域的一種關(guān)鍵專用基礎(chǔ)材料。常規(guī)的封裝載板有引線框架、陶瓷基板、有機(jī) core 材基板、有機(jī)無 core 材基板、MIS 基板、柔性線路板、玻璃/硅基板等，不同的載板類型有著不同的功能特點(diǎn)，對應(yīng)著不同的應(yīng)用場景與需求。目前封裝載板也是中國集成電路封裝領(lǐng)域的短板之一，中國 IC 封裝載板的生產(chǎn)量在全球總生產(chǎn)量中僅占 5%，主要依賴外來進(jìn)口。

  鍵合方式

  目前主流的鍵合方式有 WB/打線、FC/倒裝、共晶鍵合、直接鍵合等。鍵合工序指的是通過細(xì)金屬線，利用熱、壓力、超聲波、激光產(chǎn)生的能量將金屬引線與載板焊盤緊密焊合，從而實(shí)現(xiàn)芯片與載板之間電氣互連、芯片間的信息互通以及 RDL 布線。作為封裝流程中的重要工藝，鍵合的質(zhì)量好壞將直接影響到整個(gè)封裝器件的電性能與可靠性。

  引腳形態(tài)

  按引腳型態(tài)區(qū)分，目前的常規(guī)封裝類型可以分為雙列直插式封裝(DIP)、四側(cè)引腳扁平封裝(QFP)、四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN)、插針網(wǎng)格陣列封裝(PGA)、平面網(wǎng)格陣列封裝(LGA)和球柵陣列封裝(BGA)。如下圖，不同的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型決定了芯片本身的體積大小、可靠性強(qiáng)弱與散熱性能的優(yōu)劣。

  正所謂“差之分毫，失之千里”，不同類型的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于芯片本身的性能起著決定性的作用。正因如此，長電科技作為中國半導(dǎo)體行業(yè)的龍頭企業(yè)，在封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域自然是有著規(guī)范的運(yùn)作流程與強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。

  如今的芯片生產(chǎn)也早已脫離開以往每個(gè)環(huán)節(jié)“各自為戰(zhàn)”的情況，在芯片設(shè)計(jì)的初始階段，封裝廠便會與晶圓廠、芯片設(shè)計(jì)廠商協(xié)同進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。例如長電科技的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)階段就會與客戶充分溝通，后續(xù)還會繼續(xù)在設(shè)計(jì)仿真方面加大投入力度，這樣在客戶的設(shè)計(jì)定版發(fā)布時(shí)，長電科技就有百分之百的信心將封裝做好，實(shí)現(xiàn)客戶的目標(biāo)。

  以封裝射頻集成技術(shù)為例，需要客戶事先告知射頻產(chǎn)品的性能、芯片的布局以及技術(shù)需求，之后長電科技會根據(jù)工藝能力將元件合理擺放，如有干擾會加做電磁屏蔽，從而實(shí)現(xiàn)封裝和設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

  除了在封裝設(shè)計(jì)流程上的優(yōu)化外，對于目前被廣泛使用的 fcCSP 封裝產(chǎn)品而言，如何提升其整體封裝散熱性能成為了目前亟待解決的問題。

  不同類型的 fcCSP

  長電科技的研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對 fcCSP 散熱性能的方案進(jìn)行了深入研究。依據(jù)研究結(jié)果，芯片背面金屬化技術(shù)是適用于低、中功率范圍 fcCSP 封裝的更為有效的導(dǎo)熱方案。通過熱仿真及 DOE 試驗(yàn)，長電科技論證了芯片背面金屬化技術(shù)的有效性。同時(shí)，長電科技還分析了與芯片背面金屬化技術(shù)相關(guān)的各種材料和制程，并已將芯片背面金屬化技術(shù)及其制造工藝應(yīng)用到量產(chǎn)產(chǎn)品中。