写给小白的芯片封装入门科普

之前给大家介绍了晶圆制备和芯片制造：

晶圆是如何制造出来的？

从入门到放弃，芯片的详细制造流程！

从今天开始，我们聊聊芯片的封装和测试（通常简称“封测”）。

这一部分，在行业里也被称为后道（Back End）工序，一般都是由 OSAT 封测厂（Outsourced Semiconductor Assembly and Test，外包半导体封装与测试）负责。

█ 封装的目的

先说封装。

封装这个词，其实我们经常会听到。它主要是指把晶圆上的裸芯片（晶粒）变成最终成品芯片的过程。

之所以要做封装，主要目的有两个。

一个是对脆弱的晶粒进行保护，防止物理磕碰损伤，也防止空气中的杂质腐蚀晶粒的电路。

二是让芯片更适应使用场景的要求。

芯片有很多的应用场景。不同的场景，对芯片的外型有不同的要求。进行合适的封装，能够让芯片更好地工作。

█ 封装的发展阶段

封装工艺伴随芯片的出现而出现，迄今为止已有 70 多年的历史。

总的来看，封装工艺一共经历了五个发展阶段：

接下来，我们一个个来说。

• 传统封装

最早期的晶体管，采用的是 TO（晶体管封装）。后来，发展出了 DIP（双列直插封装）。

再后来，由 PHILIP 公司开发出了 SOP（小外型封装），并逐渐派生出 SOJ（J 型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型 SOP）、TSSOP（薄的缩小型 SOP）及 SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。

第一、第二阶段（1960-1990 年）的封装，以通孔插装类封装（THP）以及表面贴装类封装（SMP）为主，属于传统封装。

传统封装，主要依靠引线将晶粒与外界建立电气连接。

这些传统封装，直到现在仍比较常见。尤其是一些老的经典型号芯片，对性能和体积要求不高，仍会采用这种低成本的封装方式。

第三阶段（1990-2000 年），IT 技术革命加速普及，芯片功能越来越复杂，需要更多的针脚。电子产品小型化，又要求芯片的体积继续缩小。

这时，BGA（球型矩阵、球栅阵列）封装开始出现，并成为主流。

BGA 仍属于传统封装。它的接脚位于芯片下方，数量庞大，非常适合需要大量接点的芯片。而且，相比 DIP，BGA 的体积更为紧凑，非常适合需要小型化设备。

和 BGA 有些类似的，还有 LGA（平面网格阵列封装）和 PGA（插针网格阵列封装）。大家应该注意到了，我们最熟悉的 CPU，就是这三种封装。

• 先进封装

20 世纪末，芯片级封装（CSP）、晶圆级封装（WLP）、倒装封装（Flip Chip）开始慢慢崛起。传统封装开始向先进封装演变。

相比于 BGA 这样的封装，芯片级封装（CSP）强调的是尺寸的更小型化（封装面积不超过芯片面积的 1.2 倍）。

晶圆级封装是芯片级封装的一种，封装的尺寸接近裸芯片大小。

下期我们讲具体工艺的时候，会提到封装包括了一个切割工艺。传统封装，是先切割晶圆，再封装。而晶圆级封装，是先封装，再切割晶圆，流程不一样。

倒装封装（Flip Chip）的发明时间很早。1960 年代的时候，IBM 就发明了这个技术。但是直到 1990 年代，这个技术才开始普及。

采用倒装封装，就是不再用金属线进行连接，而是把晶圆直接反过来，通过晶圆上的凸点（Bump），与基板进行电气连接。

和传统金属线方式相比，倒装封装的 I/O（输入 / 输出）通道数更多，互连长度缩短，电性能更好。另外，在散热和封装尺寸方面，倒装封装也有优势。

先进封装的出现，迎合了当时时代发展的需求。

它采用先进的设计和工艺，对芯片进行封装级重构，带来了更多的引脚数量、更小的体积、更高的系统集成度，能够大幅提升系统的性能。

进入 21 世纪后，随着移动通信和互联网革命的进一步爆发，促进芯片封装进一步朝着高性能、小型化、低成本、高可靠性等方向发展。先进封装技术开始进入高速发展的阶段。

这一时期，芯片内部布局开始从二维向三维空间发展（将多个晶粒塞在一起），陆续出现了 2.5D/3D 封装、硅通孔（TSV）、重布线层（RDL）、扇入（Fan-In）/扇出（Fan-Out）型晶圆级封装、系统级封装（SiP）等先进技术。

当芯片制程发展逐渐触及摩尔定律的底线时，这些先进的封装技术，就成了延续摩尔定律的“救命稻草”。

█ 先进封装的关键技术

• 2.5D/3D 封装

2.5D 和 3D 封装，都是对芯片进行堆叠封装。

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