典型先进封装选型和设计要点

随着电子产品趋向于功能化、轻型化、小型化、低功耗和异质集成，以系统级封装（System in Package, siP）、圆片级封装( Wafer Level Package.WLP)、2.5D/3D 封装等为代表的先进封装技术越来越多地应用到电子产品中。

在不同的应用场合，对电子产品的需求也不尽相同，如高频/高速、高可靠性、高散热、低成本、小型化集成等需求。从设计角度来看，封装需根据电子产品特点的不同而选用不同的封装材料和工艺。例如，针对高频/高速，需选用传输损耗较小的材料；针对高可 靠性，需选用热膨账系数 ( Coetticient of ThermalExpansion， CTE）匹配和弹性模量大的材料；针对高散热，需要优化封装热阻；针对低成本需求，可选用低成本材料和工艺；针对小型化集成，需要采用SiP 或2.5D/3D 封装方案等。为了实现高性能、高可靠性的封装集成，需要进行芯片-封裝-PCB 协同设计，综合考虑电气性能、热性能、材料与结构性能，采用电-热-力多物理男合设计和 DFx （DFM、DPR、DFT）协同设计，最终建立合理的先进封装设计流程。4种典型的先进封装选型和设计要点如下所述。

（1） SiP封装选型和设计要点：SiP 技术可以将一个系统或子系统集成在个封装内。从广义上来讲，多芯片组件(Multi-Chip Module, MCM)封装2.5D封装、叠层封装 (Package on Package, PoP） 等2D/3D封装技术都属于SP 技术的范畴。在设计层面，SiP 技术适用于智能手表、智能终端等小型化、模块化需求强的电子系统中。根据工艺能力和芯片/器件特点的不同，可以采用2D 平铺形式，或者采用集成度更高的 3口 堆叠或埋人形式。为了满足电气性能方面的需求，可采用隔离、屏蔽等技术来解决通道内、外的噪声千扰问题。为了满足热性能方面的需求，特别是针对光学器件低结温的特点，可以通过优化封装散热结构和选择合适的材料来解决多芯片的“热点，问题。对于20/3D区异质芯片集成封装，其结构设计和材料的选择需着重考虑翘曲、应力、热疲劳等可靠性问题

（2） 2.5D封装选型和设计要点：2.5D 封装是将多个芯片放置到硅中介转接层上，通过硅通孔实现垂直互连，然后将硅中介转接层放置到有机基板上形成一个封装。2.5D封装主要是为了解次低6介质芯片节距变小的问题，可以弥补有机基板工艺局限性。硅申介转接层与芯片热膨账系数（CTE)相同或相近，并且有较高的热传导系数，因此可以提高封装的可靠性和散热能力。在设计层面，2.5D封装技术适用于 CPU 或 FPGA 与内存集成的高密度、高速度系统，是实现“储算融合”的重要技术方案。2.5D 封装技术还可用于微波系统异质成，滤波器、天线、規合器等无源微波器件也可以集成在封装内。在数字系统集成应用方面，主要采用芯片-封装-PCB 协同设计、 可测性设计（DFT）、封装结构设计优化等方法。徵波系统集成应用主要需解决高频传输、噪声抑制、异质芯片/器件集成等问题。

(3）WLD 选型和设计要点：相对于传统封装工艺，采用圆片级工艺进行芯片封装，可以提高生产效率，降低单个芯片的封装成本。根据封装焊球排布与芯片面积之间关系的不同，WLP 可以分为扇人型圆片级封装 （Fan-in WLP)和扇出型圆片级封装（FOWLP)。WLP 去除了基板金线或C4 焊球，降低了成本和互连线的寄生参数，封装厚度更薄，可适用更高频率的信号传输。在设计层面，扇人型圆片级封装由于封装尺寸有限，适用于对外互连数较少的低成本芯片封装需求。扇出型圆片级封装可应用于高速芯片甚至微波芯片封装，而且可实现多芯片系统集成。扇出型园片级封装设计的重点是针对圆片级工艺过程中的翘曲和局部应力进行试验设计 ( Design of Experiments, DOE)。在电气需求方面，需要从芯片-封装-PCB 协同设计、高频传输设计等方面保证系统中高频、高速信号的传输。

（4）PoP 封装选型和设计要点：PoP 是指将封装好的芯片堆叠到另一个封装上的 3D封装方法。采用PoP 可以缩短上、下封裝系统之问的互连长度上、下封装体互连通道也能提供足够的互连带究，整体封装尺寸也会減小。下层封装多采用常规的球栅阵列 (Ball Crid Aray, BGA)封装形式；为了进一步降低封装厚度和成本，下层封装可以采用 Fan-out 封装形式。在设计层面，PoP 的典型应用是智能终端中的处理器和内存系统的集成，采用PoP 可以缩短储算系统间的传输延迟并提高带宽。从设计角度来看，PoP 主要需解决上、下层封装体翘曲控制，了D封装中的散热，以及信号完整性和电源完整性等问题。

　　审核编辑：汤梓红