先进封装行业概览与先进封装技术代表介绍

一、先进封装行业概览

半导体制造产业主要分为设计，制造和封测三大环节。

上游支撑产业为EDA、半导体材料和半导体设备，下游应用产业为消费电子、通讯产业等。

其中封测行业属于半导体晶圆前道制造之后的工序，主要分为封装和测试两大细分环节。

封装是指将生产加工后的晶圆进行切割、焊线塑封，使电路与外部器件实现连接，并为半导体产品提供机械保护，使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。

半导体封装技术发展大致分为四个阶段，全球封装技术的主流处于第三代的成熟期，主要是CSP、BGA封装技术，目前封测行业正在从传统封装向先进封装转型。

随着半导体先进制程不断往7nm/5nm，甚至以下迈进，晶片设计与制造工艺微缩的难度、成本与开发时间均呈现跳跃式的增长。

面对此难题，晶片业者试图透过先进封装来达到晶片间的高密度互联，以实现以更低成本提供同等级效能表现。

先进封装采用了先进的设计思路和先进的集成工艺，对芯片进行封装级重构，并且能有效提升系统高功能密度的封装技术。

先进封装工艺包括倒装焊(FlipChip)、晶圆级封装(WLP)、2.5D封装（Interposer） 、3D封装 (TSV)、Chiplet等。

芯片整合已演进至2.5D/3D及Chiplet封装：

二、Chiplet：先进封装代表

Chiplet又称芯粒或小芯片，是先进封装技术的代表，将复杂芯片拆解成一组具有单独功能的小芯片单元 die（裸片），通过 die-to-die 将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起。

Chiplet 实现原理与搭积木相仿，从设计时就按照不同的计算单元或功能单元对其进行分解，然后每个单元选择最适合的工艺制程进行制造，再将这些模块化的裸片互联起来，通过先进封装技术，将不同功能、不同工艺制造的Chiplet封装成一个系统芯片，以实现一种新形式的 IP 复用。

Chiplet 的概念源于 Marvell 创始人周秀文博士在 ISSCC 2015 上提出的 Mochi（Modular Chip，模块化芯片）架构，伴随着 AMD 第一个将小芯片架构引入其最初的 Epyc 处理器 Naples，Chiplet 技术快速发展。

通过Chiplet技术，使用10nm工艺制造出来的芯片，完全也可以达到7nm芯片的集成度，但是研发投入和一次性生产投入则比7nm芯片的投入要少的多，新的连接形式在其生产过程中带动设备需求。

三、晶圆级扇出封装(FOWLP)

晶圆级扇出封装在封装工艺上需要先将晶圆进行切割，挑出KGD(Known Good Die)排列放置于圆型铜质载板上，再继续后面的封装步骤。由于有事先切割、挑出KGD及重新配置的步骤，因此晶圆级扇出封装具有异构集成特性，即不同功能的芯片可以组装在一个封装中。晶圆级扇入封装(WLCSP)由于直接在晶圆上完成封装和测试，然后才切割成单独的集成电路，因而不具备异构集成特性。多个芯片异构集成与具有高集成度的单个芯片相比，具有成本低、良率好、产量高等优点；与分立的多个单一芯片封装相比，异构集成各芯片之间的互连比PCB布线短、RC延迟低、性能好。异构集成不局限于硅片，还可以是MEMS，滤波器和无源器件，从而更好地发挥扇出的电气连接优势。

图2 传统含有引线框架的封装

四、2.5D / 3D 封装

3D与2.5D的区别在于芯片之间的相对位置是并排还是堆叠，互连方式是水平还是垂直，这个关键区别决定了3D与2.5D集成密度的不同。早期的3D封装也是通过引线键合形成互连并且连接到引线框架，例如常见的叠层Flash/DDR芯片。为了减少信号损失，提高集成密度，更好地发挥3D技术优势，新型3D封装搭配TSV技术，堆叠的多层芯片通过TSV连接起来。

图4 典型2.5D封装

图6 含EMIB的3D封装

五、先进封装产品清洗剂：

先进封装产品芯片焊后封装前，基板载板焊盘上的污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

针对先进封装产品芯片焊后封装前，基板载板焊盘、电子制程精密焊后清洗的不同要求， 在水基清洗方面有比较丰富的经验，对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况，自主开发了较为完整的水基系列产品，精细化对应涵盖从半导体封装到PCBA组件终端，包括有水基清洗剂和半水基清洗剂，碱性水基清洗剂和中性水基清洗剂等。具体表现在，在同等的清洗力的情况下， 的兼容性较佳，兼容的材料更为广泛；在同等的兼容性下， 的清洗剂清洗的锡膏种类更多（测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌；测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分），清洗速度更快，离子残留低、干净度更好。