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半导体全面分析(五):先进封装,验证检测,并道超车!

2020-01-03 09:04
史晨星
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十五、封测

45. 市场:全球 3000 亿,中国 2000 亿

芯片做好后,得从晶圆上切下来,接上导线,装上外壳,顺便还得测试,这就叫封测

2018 年全球半导体封测市场规模为 533 亿美金,同比增长 5.1%,摩尔定律对封测行业的推动并不显著

中国是全球最大的半导体封测市场,2018 年国内半导体封装市场规模为 2193 亿元,同比增长 16%,占据全球半导体封测的 68.42%

46. 技术:封装+测试两大工艺

封测分为封装、测试两大工艺,封装是对制造完成的半导体芯片进行封装保护、管脚引出,测试是对芯片的可靠性、稳定性进行检测,最终形成商品化的半导体产品

下面一一介绍

十六、封装

47. 定义

如果以盖房子来比喻造芯片,ARM这样的IP授权方就是卖图纸的设计院、海思和高通等芯片公司就是地产商、负责芯片代工的台积电就是楼房的施工方,而封装厂商就是水电工和装修工,负责让芯片真正具有可用性

封装就是给芯片穿上“衣服”——外壳,把芯片上的电路管脚用导线连接到外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接

封装能固定芯片免受物理损伤、化学损伤(空气中的杂质对芯片电路的腐蚀)、增强散热性能、便于安装和运输

48. 技术路线:小型化、集成化

先进封装有两大发展路径

1)尺寸减小,使其接近芯片大小,一个重要指标是芯片面积与封装面积之比,这个比值越接近1越好,包括 WLCSP、FC、Bumping、Fanout 等等

2)功能性发展,即强调异构集成,在系统微型化中提供多功能,包括 TSV、SIP 等等

基于这两大技术路线,诞生了一系列封装方式,下面详细介绍

49. 技术路径:四大阶段

封装技术大体经历了通孔插装时代、表面安装器件时代、面积阵列表面封装时代和高密度封装时代四个阶段,也体现在材料、引脚形状和装配方式的进步

第一阶段:20世纪80年代以前(插孔原件时代)

封装的主要技术是针脚插装(PTH),其特点是插孔安装到PCB上,主要形式有TO(晶体管外形封装)、DIP(双列封装)、SIP(单列直插封装)、PGA(引脚栅阵列),它们的不足之处是密度、频率难以提高,难以满足高效自动化生产的要求

第二阶段:20世纪80年代中期(表面贴装时代)

表面贴装封装(SMD)的主要特点是引线代替针脚,引线为翼形或丁形,两边或四边引出,节距为1.27到0.4mm,适合于3-300条引线,表面贴装技术改变了传统的PTH插装形式,通过细微的引线将集成电路贴装到PCB板上。主要形式为SOP(小外型封装)、PLCC(塑料有引线片式载体)、PQFP(塑料四边引线扁平封装)、J型引线QFJ和SOJ、LCCC(无引线陶瓷芯片载体)等

它们的主要优点是引线细、短,间距小,封装密度提高;电气性能提高;体积小,重量轻;易于自动化生产。它们所存在的不足之处是在封装密度、I/O数以及电路频率方面还是难以满足ASIC、微处理器发展的需要

第三阶段:20世纪90年代~至今(面积阵列封装时代)

第三阶段专注单个芯片小型化封装,一直持续到现在,技术路线为BGA(球栅阵列)→CSP(芯片尺寸)→FC(倒装)→WLP(晶圆级)→Fan-out(扇出),下面详细介绍

球栅阵列封装 BGA(Ball GridArray Package)封装是1990年初由美国Motorola与日本Citizen公司共同开发的先进高性能封装技术,在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚,在印刷基板的正面装配LSI 芯片,然后用模压树脂或灌封方法进行密封,也称为凸点陈列载体(PAC),优点有:缩短互联长度、缩小互联面积、成品率高、焊接工艺要求低、散热好,具有更小的体积,更好的散热性能和电性能

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