經(jīng)過半導(dǎo)體制造（FAB）工序制備的電路圖形化晶圓容易受溫度變化、電擊,、化學(xué)和物理性外部損傷等各種因素的影響,。為了彌補(bǔ)這些弱點(diǎn)，將芯片與晶圓分離后再進(jìn)行包裝,，這種方法被稱為“半導(dǎo)體封裝（Packaging）”,。與半導(dǎo)體芯片一樣，封裝也朝著“輕,、薄,、短、小”的方向發(fā)展,。但是,，當(dāng)將信號從芯片內(nèi)部連接到封裝外部時(shí)，封裝不應(yīng)起到阻礙作用,。封裝技術(shù)包括“內(nèi)部結(jié)構(gòu)（Internal Structure）技術(shù)”,、“外部結(jié)構(gòu)（External Structure）技術(shù)”和“表面安裝技術(shù)（Surface Mounting Technology，簡稱 SMT）”,。

1. 封裝發(fā)展趨勢

<圖1>焊接在主板上的半導(dǎo)體封裝引腳（或錫球）數(shù)量的變化

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 開發(fā)新的半導(dǎo)體封裝,，首先必須改變封裝在主板上的安裝方式和外部形式。其次，還要改變封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料,。當(dāng)封裝結(jié)構(gòu)越復(fù)雜時(shí),，焊接在主板上的引腳（Pin）或錫球（Ball）數(shù)量就越多，引腳間距就越小,。目前,，封裝與主板之間的接點(diǎn)數(shù)量已迅速接近其極限與飽和點(diǎn)。

2. 封裝結(jié)構(gòu)

<圖2>半導(dǎo)體封裝的內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)

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 半導(dǎo)體封裝包括半導(dǎo)體芯片,、裝載芯片的載體（封裝PCB,、引線框架等）和封裝這些器件的塑封料。

 此外,，內(nèi)部和外部連接路徑用于將信號從內(nèi)部芯片連接到外部,。無論是內(nèi)部還是外部連接，該連接過去都是使用線（導(dǎo)線或引線框架）進(jìn)行的,，但近來普遍使用點(diǎn)（緩沖墊或錫球）,。同時(shí)，塑封料在排除內(nèi)部熱量和保護(hù)芯片免受外部損傷方面起著重要作用,。

3. 決定封裝類型的三要素：內(nèi)部結(jié)構(gòu),、外部結(jié)構(gòu)和貼裝

<圖3>封裝內(nèi)部連接類型、外部連接類型和貼裝方法的示意圖

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 直到上世紀(jì)80年代末,，普遍采用的封裝內(nèi)部連接方式是引線鍵合（Wire Bonding）,，即用金線將芯片焊盤連接到載體焊盤。然而,，隨著封裝尺寸減小,，封裝內(nèi)金屬線所占體積也就隨之增大。為了解決這個(gè)問題,，沒有拆除金屬線,，而是用凸點(diǎn)（Bump）代替金屬線進(jìn)行內(nèi)部連接。當(dāng)然,，這并不意味著引線鍵合方法完全不可用,。當(dāng)使用凸點(diǎn)連接時(shí)，需要采用凸點(diǎn)連接（Bump Attaching）工藝和環(huán)氧樹脂填充（Under-Fill）方法代替裝片（Die-Attaching）和引線鍵合工藝,。

 外部連接方式也已從引線框架改為錫球,。這是因?yàn)橐€框架和導(dǎo)線有同樣的缺點(diǎn)。過去采用的是“導(dǎo)線-引線框架-PCB通孔插裝”,，而現(xiàn)在最常用的是“凸點(diǎn)-球柵陣列（Ball Grid Array,， 簡稱 BGA）-表面貼裝技術(shù)”。

4. 內(nèi)部封裝類型

4.1 無引腳半導(dǎo)體（Wireless Semiconductor）：倒裝芯片（Flip chip）

<圖4>引線鍵合類型和倒裝芯片類型之比較

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 半導(dǎo)體封裝還可以根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分成引線類型（Wiring Type）與倒裝芯片類型（Flip Chip Type）,。引線方法將芯片朝上,，通過引線鍵合與載體連接起來,。而倒裝芯片方法是將芯片朝下，并把直徑極小的錫球（被稱為凸點(diǎn)Bump的導(dǎo)電金屬）連接到焊盤上,。因此,，倒裝芯片方法不需要用長的導(dǎo)線，即可使半導(dǎo)體芯片連接于基板上,，具有信號傳輸距離短,、粘附力強(qiáng)的特性。這可以說是一項(xiàng)改善引線鍵合缺陷的創(chuàng)新技術(shù),。

 倒裝芯片最大的優(yōu)點(diǎn)是能減少封裝尺寸,，改進(jìn)功耗和信號傳輸過程。由于其長度較短,，受到電阻和周邊噪音的影響較小,，所以速度更快。因此,，凸點(diǎn)材料使用哪種金屬也很重要,。目前最常見的是焊料或黃金。倒裝芯片的另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于用哪種環(huán)氧樹脂來填充凸點(diǎn)和載體之間的空隙,。此外,，倒裝芯片不使用占用大面積的導(dǎo)線，可以減小成形后的芯片尺寸,，因此它被廣泛應(yīng)用于手機(jī)等小型電子設(shè)備,。也就是說，隨著封裝在主板上的焊墊（Footprint）面積的減小,，它更多地被應(yīng)用于高密度基板技術(shù)上,。智能手機(jī)等小型電子設(shè)備的出現(xiàn),，給封裝技術(shù)帶來了重大轉(zhuǎn)變,。

4.2 在芯片之間制作垂直導(dǎo)通孔的三維封裝技術(shù)：硅通孔（Through Silicon Via，簡稱 TSV）

<圖5>采用穿透硅芯片的導(dǎo)通孔的三維封裝技術(shù)

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 為提高芯片封裝的密度,，我們采用堆疊多個(gè)半導(dǎo)體芯片的多層封裝,。晶圓級的多芯片封裝方式有引線鍵合（Wire Bonding）和硅通孔（TSV）兩種方式。硅通孔是堆疊芯片之后,，在芯片鉆出垂直通孔并通過硅貫通電極連接信號線,。其優(yōu)勢在于信號傳輸速度快，封裝密度高,。與處理單個(gè)芯片的二維封裝技術(shù)相比,，硅通孔（TSV）可以被視為三維封裝技術(shù)。如果用導(dǎo)線連接多層芯片,，則形成階梯堆疊結(jié)構(gòu),，面積會增加約兩倍。但硅通孔（TSV）可以像公寓樓一樣形成垂直堆疊結(jié)構(gòu)，只需要大約1.2倍的芯片面積,。由于硅通孔（TSV）技術(shù)具有更高的空間使用效率,，應(yīng)用范圍正逐漸擴(kuò)大。

5. 外部封裝類型和貼裝方法 – 基于封裝與外部連接的方式

<圖6>外部封裝類型和貼裝方法

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5.1 外部封裝類型

<圖7>IC封裝類型

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 封裝芯片種類多樣,。以引線框架類型為例,，有適用于PCB通孔插裝的浸漬式（Dipping），其開發(fā)順序?yàn)镾IP1,、ZIP2,、DIP3和PGA4。然而,，由于其減少占用主板焊墊面積的能力極其有限,，目前僅在某些情況下使用。

 在引線框架類型中還有一種小外形（Small Outline,，簡稱 SO）封裝技術(shù)它屬于表面貼裝技術(shù),，通過彎曲引線來提高集成度。目前已發(fā)展到SOIC和SOJ（J型引腳小外形封裝）并得到廣泛應(yīng)用,。除此之外,，方型扁平式封裝（Quad Flat Package，簡稱 QFP）被用于CPU芯片上,。隨后,，封裝技術(shù)從引線框架類型變?yōu)榍蛐危饾u派生出球形觸點(diǎn)陣列（BGA）,。目前,，球形已成主流。

5.2 貼裝方法

 封裝組裝方法主要分為表面貼裝技術(shù)（SMT）和PCB通孔插裝技術(shù),。顧名思義,，表面貼裝技術(shù)（SMT）就是通過焊接將芯片固定在主板表面上，而PCB通孔插裝技術(shù)是將芯片引腳插入主板相應(yīng)的安裝孔,，然后與主板的焊盤焊接固定,。

 然而，由于主板上的安裝孔所占面積太大,，為實(shí)現(xiàn)“輕薄短小”的封裝,，貼裝方法已發(fā)展成為無孔表面貼裝技術(shù)。在引線框架方法中,，從一開始就開發(fā)了SO型（SOIC和SOJ）和TSOP用于表面安裝,。BGA類型的球本身就是用于安裝在主板上的，因此也適用表面貼裝方法,。

隨著封裝技術(shù)朝“輕薄短小”的方向發(fā)展,，封裝的內(nèi)部和外部形狀以及安裝方法也隨之改變,。在功耗、速度和環(huán)境方面,，半導(dǎo)體封裝芯片對性能的要求很高,。為了滿足這一要求，材料也在改變,。封裝改變的順序通常是結(jié)構(gòu),、材料和功能，但這并不適用于所有情況,。封裝類型會根據(jù)不同的視角可分為MCP（Multi Chip Package, 多芯片封裝）,、SiP（System in Package, 系統(tǒng)級封裝）、PoP（Package on Package,，封裝體疊層）,、CSP（Chip Scale Package，芯片級封裝）等,。為了避免引起混淆,，本篇從結(jié)構(gòu)層面對常見的封裝產(chǎn)品進(jìn)行了分類。

¹SIP（Single Inline Package）：單列直插式封裝（SIP）是引腳從封裝體的一邊伸出排列成一條直線的封裝,。
¹ZIP（Zig-zag Inline Package）：鋸齒型單列式封裝（ZIP）是引腳排列成鋸齒型的封裝,。
¹DIP（Dual Inline Package）：雙列直插式封裝（DIP）是引腳排列成兩行的封裝。
¹PGA（Pin Grid Array）：插針網(wǎng)格陣列封裝（PGA）是在芯片內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針,，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列的封裝,。