半导体全面分析(五):先进封装,验证检测,并道超车!
芯片尺寸封装 CSP(ChipScale Package)是指封装外壳的尺寸不超过裸芯片尺寸1.2倍的一种先进封装形式,优点集中体现在:封装密度高、电学性能优良、散热性能优良、测试和筛选容易
倒装封装技术 FC(Flip-chip)通过芯片上呈陈列排布的凸点实现贴装与引线键合工序的合二为一。由于与常规封装中芯片的放置方向相反,故而称为倒装,主要优点:高密度I/O数、电性能优异、散热良好
WLP(晶圆级封装)是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术,封装后的芯片尺寸与裸片完全一致,具备两大优势:1)将芯片 I/O 分布在 IC 芯片的整个表面,使得芯片尺寸达到微型化极限。2)直接在晶圆片上对众多芯片封装、老化、测试,从而减少常规工艺流程,提高封装效率
WLP又经历了从Fan-in WLP(WLCSP)向Fan-out WLP(FOWLP)的演进,Fan-in WLP是在 wafer 未进行切片前对 wafer 进行封装,之后再进行切片分割,完成后的封装大小和芯片尺寸接近
Fan-Out WLP技术是先将芯片作切割分离,将芯片重新布局到一块人工晶圆上,然后将芯片正面朝下黏于载具(Carrier)上,并且芯片间距要符合电路设计的节距(Pitch)规格,接着进行封胶(Molding)后形成面板(Panel),后续将封胶面板与载具分离,可实现在芯片范围外延伸RD以容纳更多的I/O数
第四阶段:21世纪,微电子封装技术堆叠式封装时代
在封装观念上发生了革命性的变化,从原来的封装元件概念演变成封装系统,包括 SoC(System On Chip)、SiP(System In Packet)等
SoC(System On Chip)是将原本不同功能的 IC,整合在一颗芯片中,不单可以缩小体积,还可以缩小不同 IC 间的距离,提升芯片的计算速度,制作方法是在 IC 设计阶段时,将各个不同的 IC 放在一起,再透过先前介绍的设计流程,制作成一张光罩
系统级封装SiP(System in Package)将多种功能芯片,包括处理器、存储器等多功能芯片进行并排或叠加,集成在一个封装内,从而用一块“芯片”实现一个基本完整的功能,相比 SoC,SiP有以下两个优点,SiP 技术集成度更高,但研发周期反而更短,还能解决异质( Si,GaAs)集成问题,技术路线为2D 封装(MCM等)→3D 封装(TSV等),下面详细介绍
2D 封装 MCM(多芯片组件)将多块半导体裸芯片组装在一块布线基板上,省去了IC的封装材料和工艺,大幅提高电路连线密度、“轻、薄、短、小”、可靠度提升
3D封装相当于让芯片在纵向上有了一个扩展,把平房变成高楼,就可以在土地面积不变的情况下塞下更多的人,可以大幅度缩小尺寸、减轻重量、功耗等,技术路线为FC(引线倒装键合)→POP(封装体堆叠)→TSV(硅通孔)
引线和倒装(FC)键合式3D封装是第一代3D封装形式
POP(package onpackage)是在底部元器件上再放置元器件
硅通孔TSV(ThroughSilicon Via)是一种实现Die(晶粒)与Die垂直互连的技术,在芯片间或晶圆间制作垂直通道,实现芯片间垂直互联,连线长度缩短到芯片厚度,传输距离减少到千分之一,可以显著减小RC延迟,提高计算速度;显著降低噪声、能耗和成本,按照在芯片上钻孔顺序的先后可分为ViaFirst、Via Middle和ViaLast
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