半導體封裝工藝和互連技術是半導體制造后端的關鍵環節，直接影響芯片的電氣性能、熱管理及可靠性。以下是主要封裝工藝類型及互連技術的詳細介紹：

一、半導體封裝工藝類型

1. 傳統封裝工藝

• 引線框架封裝：通過金屬引線（如金、鋁）連接芯片焊盤與引線框架，適用于低密度、低成本場景。

• 基板封裝：使用多層有機/陶瓷基板實現高密度布線，支持BGA、QFN等高引腳數封裝，適用于高性能芯片。

• 雙列直插式封裝（DIP）：早期插裝型封裝，結構簡單但引腳數有限。

• 球柵陣列封裝（BGA）：底部排列錫球，支持高密度I/O，適用于復雜系統芯片。

2. 先進封裝工藝

• 晶圓級封裝（WLP）：

• 扇入型WLCSP：在芯片區域內布線，無需基板，成本低，適用于CIS、射頻芯片。

• 扇出型WLP（FOWLP）：將芯片嵌入模塑料中，通過RDL擴展焊盤至更大區域，支持更多I/O，典型應用為5G射頻模塊。

• 系統級封裝（SiP）：集成多種功能芯片（如邏輯、存儲、射頻）于同一封裝，實現異構集成。

• 3D封裝：

• 硅通孔（TSV）：垂直互連通道，支持芯片堆疊，適用于高帶寬存儲（HBM）。

• 混合鍵合：直接銅-銅鍵合，無需凸點，提升密度，用于2.5D/3D堆疊。

二、關鍵互連技術詳解

1. 引線鍵合（Wire Bonding）

• 原理：通過金屬線（金、銅、鋁）連接芯片焊盤與基板，利用熱壓、超聲波或熱超聲波實現鍵合。

• 類型：

• 金線：高導電性、抗腐蝕，但成本高。

• 銅線：低成本、高強度，但需防氧化處理。

• 鋁線：成本低，但導電性較差，用于低端封裝。

• 優缺點：設備成本低、工藝成熟，但I/O密度受限。

2. 倒裝芯片（Flip Chip）

• 原理：芯片正面朝下，通過凸點（焊料、銅柱）直接焊接至基板，縮短信號路徑。

• 凸點類型：

• 焊料凸點（Sn-Ag-Cu）：成本低，需高溫回流。

• 銅柱凸點：高頻性能優，用于高密度互連。

• 工藝步驟：凸點制備→倒裝對準→回流焊接→模塑封裝。

• 優勢：低電阻、高可靠性，適用于高性能計算。

3. 晶圓級互連技術

• 重分布層（RDL）：在芯片表面重新布線，擴展焊盤位置，支持WLP和TSV。

• 硅通孔（TSV）：垂直互連通道，通過刻蝕、電鍍銅填充實現3D堆疊，適用于高帶寬存儲。

• 混合鍵合：直接原子級鍵合，無需凸點，支持更小線寬，用于先進3D封裝。

4. 其他技術

• 載帶自動焊（TAB）：柔性載帶一次性連接多引腳，提升效率，但設備成本高。

• 扇出型面板級封裝（FOPLP）：在面板上實現大尺寸扇出，降低成本，適用于移動設備。

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三、未來趨勢

1. 異質集成：整合不同工藝節點的芯片（如邏輯+存儲），提升系統性能。

2. 混合鍵合：替代傳統凸點，實現更高密度互連。

3. TSV與3D封裝：解決摩爾定律瓶頸，支持AI、HPC等高算力需求。

4. 材料創新：低CTE（熱膨脹系數）基板、高導熱封裝材料優化熱管理。

總結

半導體封裝工藝從傳統引線鍵合向先進封裝（如倒裝、TSV、3D堆疊）演進，互連技術的創新是實現高密度、高性能的關鍵。未來，異質集成與混合鍵合將進一步推動封裝技術突破物理極限，滿足AI、5G等新興應用需求。

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