先进封装，看这一篇就够了！
国际半导体技术路线图（ITRS）明确提出未来集成电路技术发展的两个方向：一是More Moore（延续摩尔定律），二是More than Moore（拓展摩尔定律）。沿着拓展摩尔定律方向发展的技术路线，更关注将多种功能芯片集成在一个系统中。
业界普遍认为，先进封装会成为下一阶段半导体技术的重要发展方向。随着摩尔定律发展趋缓，通过先进封装技术来满足系统微型化、多功能化成为了集成电路产业发展的新引擎。
谈到先进封装技术，我们先了解一下什么是封装
封装，简而言之就是把晶圆厂(Foundry)生产出来的集成电路裸片（Die）放到一块起承载作用的基板上，用引线将Die上的集成电路与管脚互连，再把管脚引出来，然后固定包装成为一个整体。它可以起到保护芯片的作用，相当于是芯片的外壳，不仅能固定、密封芯片，还能增强其电热性能。因此，封装对CPU和其他大规模集成电路而言，非常重要。
封装技术是伴随集成电路发明应运而生的，主要功能是完成电源分配、信号分配、散热和物理保护。而随着芯片技术的发展，封装技术也在不断革新。
封装的分级
封装一般可以分为芯片级封装（0级封装）、元器件级封装（1级封装）、板卡级封装（2级封装）和整机级封装（3级封装）。本文中介绍的封装主要是指1级封装。
全球封装测试业的主要运营模式
按照实际运营情况，全球封测企业主要分为两类，第一类是从属于IDM（垂直整合器件制造商）的封测厂，第二类是独立的封测代工厂。IDM公司拥有自己的集成电路产品，所属的封测厂通常为自有集成电路产品服务；封测代工厂完全没有自己的集成电路产品，纯粹为其他公司提供封装和测试服务。
IDM制造商自身具有从集成电路设计、制造到封装测试的完整产业链，而封测代工厂则需要通过与Fabless公司(无生产线的集成电路设计企业)和晶圆代工厂形成完整的产业链，从而实现自身的运营。
然而，IDM自有的封测厂也有可能为其他设计公司或晶圆制造厂提供代工服务。就在3月23日，美国半导体巨头——英特尔新任CEO——基辛格（Pat Gelsinger）宣布，英特尔将在美国亚利桑那州斥资近200亿美元打造2座芯片工厂。数月前，英特尔还在研究芯片委外代工，改变设计与生产不分家的做法，如今却宣示要切入晶圆代工，策略180度大转变，实际上是要抓住芯片需求大爆发的商机，在全球芯片短缺、芯片生产炙手可热之际，展开晶圆代工事业。
传统封装
先进封装是相对传统封装所提出的概念。因此在介绍先进封装之前，首先要介绍传统封装。
传统封装，通常是指先将圆片切割成单个芯片，再进行封装的工艺形式。主要包含SIP、DIP、SOP、SOT、TO、QFP、QFN、DFN、BGA等封装形式。传统的封装形式主要是利用引线框架作为载体，采用引线键合互连的形式。
SIP
(Single In-line Package，单列直插封装)
DIP
(Duel In-line Package，双列直插封装)
SOP
(Small Outline Package，小外形封装)
SOT
(Small Outline Transistor，小外形晶体管封装)
在市场需求的推动下，传统封装不断创新、演变，出现了各种新型的封装结构。随着电子产品及设备的高速化、小型化、系统化、低成本化的要求不断提高，传统封装的局限性也越来越突出，需求数量在不断下降，但由于其封装结构简单、制造成本较低，目前仍具有一定的市场空间。
先进封装
先进封装是指处于当时最前沿的封装形式和技术。目前，带有倒装芯片（Flip Chip，FC）结构的封装、圆片级封装（Wafer Level Package，WLP）、2.5D封装、3D封装等被认为属于先进封装的范畴。
倒装芯片结构封装(Flip Chip，FC)
带有倒装芯片结构的封装是先在芯片上制作金属凸点，然后将芯片面朝下利用焊料直接与基板互连，通常会使用底部填充（Under Fill）树脂对热应力进行再分布来提高可靠性。其优点是封装面积小，引线互连长度缩短，I/O端口数量增加。
圆片级封装（Wafer Level Package，WLP）
圆片级封装是直接以圆片为加工对象，同时对圆片上的众多芯片进行封装及测试，最后切割成单颗产品，可以直接贴装到基板或PCB上，是当前封装领域的热点之一。其优点是封装产品轻薄短小，信号传输路径更短。目前多用于低引脚数的消费类可携式产品（包括模拟/混合信号、无线连接、汽车电子等），可满足超薄大尺寸的存储类芯片的特性需求，在生产方面可大大提高加工效率，降低成本。
2.5D结构封装和3D结构封装
2.5D结构封装是在2D封装结构的基础上，在芯片和封装载体之间加入了一个硅中介转接层，该中介转接层上利用硅通孔（Through Silicon Via，TSV）连接其上、下表面的金属，多采用倒装芯片组装工艺。由于采用了中介转接层，其表面金属层的布线可以使用与芯片表面布线相同的工艺，使产品在容量及性能上比2D结构得到巨大提升。
3D结构封装是将芯片与芯片直接堆叠，可采用引线键合、倒装芯片或二者混合的组装工艺，也可采用硅通孔技术进行互连。3D结构进一步缩小了产品尺寸，提高了产品容量和性能。目前，散热较差、成本较高是制约TSV技术发展的主要因素。
2.5D结构封装(左)和3D结构封装(右)
先进封装已被广泛应用于计算机、通信、消费类电子、医疗、航空航天等领域，推动着封装技术以及整个电子行业向前发展。目前，倒装芯片、2.5D封装、3D封装主要用于存储器、中央处理器(CPU)、图像处理器(GPU)等；圆片级封装主要应用于功率放大器、无线连接器件、射频收发器等。
关于先进封装采用什么样的工艺流程和关键技术，以及使用哪些互连材料，我们将在后续内容中进行详细介绍。欢迎大家关注微纳互连公众号，了解更多信息。
*图片来自铟泰(Indium Corporation)
1947年，美国电报电话公司(AT&T)贝尔实验室发明了第一个晶体管，开启了电子封装时代。20世纪50年代，封装外壳以3个引脚的晶体管外形(Transistor Outline，TO)金属-封装外壳为主，之后发展为各类陶瓷、塑料封住外壳。
1958年，美国TI公司推出了世界上第一个集成电路，由此催生了多引脚封装外壳的出现。20世界60年代，出现了双列直插封装型(Dual In-line Package，DIP)陶瓷-金属引脚封装；到了70年代，DIP已经成为中小规模IC封装的系列主导形式；随着塑封DIP的出现，这种封装在大量使用的民品中被广泛应用。
20世纪70年代，IC技术飞速发展，在一个硅片上可集成211~216个晶体管，出现大规模集成电路(Large Scale Integration，LSI)。元器件集成度大幅增加，芯片尺寸不断扩大。
20世纪80年代，随着表面贴装技术的出现，各类贴装元器件封装技术日益成熟，四面引线扁平封装(Quad Flat Package，QFP)已实现标准化批量生产。随着环氧树脂材料性能的不断提升，使IC封装密度进一步提高，引脚间距越来越小、成本降低，更适于批量规模生产；塑料四面引线扁平封装(Plastic QFP，PQFP)成为80年代IC的主导封装类型。小规模IC和引脚数较少的LSI芯片采用小外形封装(Small Outline Package，SOP)，成为DIP的“变形”封装形式。
80年代至90年代，随着IC特征尺寸的减小和集成度的提高，芯片尺寸不断增大，IC发展到超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)，在一个硅片上可集成216~222个晶体管。原有的QFP及其他类型的封装已经无法满足VLSI的要求，封装引脚由周边排列型发展成矩阵分布型。20世纪90年代，美国开发出球栅阵列封装(Ball Grid Array，BGA)，其封装面积与芯片面积之比不大于1.2，因此解决了芯片小而封装大的根本矛盾。90年代末，倒装芯片技术(Flip Chip，FC)的使用，再次引发了封装技术的更迭。
进入21世纪，随着半导体技术逐渐逼近硅工艺尺寸的极限，半导体技术进入“后摩尔定律”时代，从过去着力于圆片制造工艺技术节点的推进，转向系统级设计制造封装技术的创新，先进封装技术快速发展。
封装技术及外形的发展紧跟半导体芯片制造技术进程，每一代芯片都有与之相匹配的封装技术与外形。随着电子器件朝着更短、小、轻、薄，且功能更多、集成度更高的方向发展，封装在半导体产业中的重要性将越发突出。