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半导体传统封装与先进封装的对比与发展

07/30 14:36
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半导体传统封装与先进封装的分类及特点

一、传统封装技术(成熟工艺,结构相对简单)

1、双列直插封装DIP,Dual In-line Package)

特点引脚从封装两侧直插而出,便于手工焊接和维修,成本低;但引脚间距大(如54mm),集成度低,占用 PCB 面积大。

应用:早期逻辑芯片存储器、中小规模集成电路

2、小外形封装(SOP,Small Outline Package)

特点:封装体薄,引脚呈 “L” 型向外延伸,体积比 DIP 小,引脚间距缩小至 27mm 或更小,集成度提升。

衍生类型

薄型小外形封装(TSOP,Thin SOP):厚度更薄,适用于内存芯片(如 DRAM)。

收缩型小外形封装(SSOP,Shrink SOP):引脚间距更小(如65mm),进一步缩小体积。

应用消费电子汽车电子中的中等集成度芯片。

3、四面贴装封装(QFP,Quad Flat Package)

特点:四边均有引脚,呈 “翼型” 向外展开,引脚数量可达数百个,集成度较高,适用于高性能芯片。

衍生类型

薄型 QFP(TQFP):厚度减薄至0mm 以下。

塑料 QFP(PQFP):采用塑料封装,成本更低。

应用:早期微处理器、ASIC 芯片、数字信号处理器DSP)。

4、针栅阵列封装(PGA,Pin Grid Array)

特点:引脚以阵列形式分布在封装底部,呈针状插入 PCB 插座,引脚数量多(如数百至数千),散热和电气性能较好。

应用:早期高性能处理器(如 Intel Pentium 系列)、大型计算机芯片

二、先进封装技术(高集成度、三维互连、异构集成)

1、倒装芯片封装(Flip-Chip)

特点:芯片面朝下,通过凸点(Bump)直接焊接到基板上,互连距离短,信号传输速度快,热性能好,集成密度高。

关键工艺:底部填充(Underfill)用于缓解芯片与基板的热应力差异,提高可靠性。

应用:高端处理器(如 CPU、GPU)、射频芯片图像传感器

2、球栅阵列封装(BGA,Ball Grid Array)

特点:封装底部以焊球阵列代替引脚,焊点分布更均匀,可承载更多 I/O 接口,电路板布局密度高,信号完整性好。

衍生类型

倒装 BGA(FC-BGA):结合倒装芯片技术,进一步缩短互连距离。

陶瓷 BGA(CBGA):散热性能优异,适用于高可靠性场景。

应用智能手机处理器、网络芯片、FPGA

3、晶圆级封装(WLP,Wafer Level Package)

特点:在晶圆切割前完成封装,封装尺寸与芯片尺寸接近(Fan-in WLP)或超出(Fan-out WLP),实现 “芯片即封装”,成本低、体积小。

类型

扇入型 WLP(Fan-in WLP):封装尺寸≤芯片尺寸,适用于 I/O 较少的芯片(如传感器、射频芯片)。

扇出型 WLP(Fan-out WLP):通过重布线技术扩展 I/O,封装尺寸 > 芯片尺寸,适用于逻辑芯片、存储器。

应用手机摄像头芯片、指纹传感器蓝牙芯片。

4、三维封装(3D Packaging)

特点:通过垂直堆叠芯片,利用 TSV(硅通孔)、微凸点等技术实现层间互连,集成度极高,功耗和延迟降低。

类型

芯片堆叠(Chip Stacking):同类型芯片堆叠(如存储器堆叠)。

混合键合(Hybrid Bonding):结合铜 - 铜键合与介质键合,实现高密度互连。

应用:高带宽存储器(HBM)、AI 芯片、图像处理芯片。

5、系统级封装(SiP,System in Package)

特点:在单一封装内集成多个芯片(如 CPU、GPU、存储器、射频芯片等)和无源器件,实现系统级功能,减小整机体积。

技术亮点:异构集成(不同工艺芯片混合封装)、埋置技术(将芯片嵌入基板)。

应用物联网模块、穿戴设备芯片、汽车电子控制单元ECU)。

6、Chiplet(芯粒)封装

特点:将复杂芯片拆分为多个功能模块(芯粒),通过先进封装技术(如 EMIB、CoWoS)互连,降低设计成本,提升良率

应用:高性能计算芯片(如 AMD EPYC、Intel Xeon)、AI 加速器。

7、2.5D 封装

特点:通过中介层(Interposer)连接多个芯片,实现水平方向高密度互连,典型如 TSMC CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)、Intel EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)。

应用:高端 AI 芯片、数据中心 GPU(如 NVIDIA H100、AMD MI300)。

三、传统封装与先进封装的核心区别

先进封装通过三维结构、异构集成和高密度互连技术,突破了传统封装在性能和集成度上的限制,成为半导体行业应对 “摩尔定律放缓” 的关键技术方向。

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作为半导体行业先进封装领域的国产设备厂商,公司产品专精于先进封装制程气泡问题的解决,依托热流和气压两大核心技术,持续研发以多领域除泡系统(De-Void System)和晶圆级真空贴压膜系统(Wafer Vacuum Lamination System)为核心的两大产品系统与应用体系,提供多领域工艺制程中的气泡和压膜的整体解决方案。目前公司拥有百余项国内外专利,拥有千余项制程数据支撑。

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