半导体封装技术的演变过程

文章来源：半导体与物理

原文作者：jjfly686

本文主要讲述半导体封装的进化。  

想象一下，你要为比沙粒还小的芯片建造“房屋”——既要保护其脆弱电路，又要连接外部世界，还要解决散热、信号干扰等问题。这就是集成电路封装（IC Packaging）的使命。从1950年代的金属外壳到今日的3D堆叠，封装技术已从简单保护壳蜕变为决定芯片性能的核心环节。

封装简史：四阶段技术革命

1. 1950-1970年代：直插式封装时代

TO封装：首款晶体管封装，金属外壳如“小礼帽”，三根引脚裸露在外，抗机械冲击但笨重低效。

DIP封装：1960年代双列直插式封装诞生，塑料取代金属，引脚增至64根，成为早期CPU和存储芯片的标准“住所”。

2. 1980年代：表面贴装技术（SMT）革命

SOP/QFP：飞利浦开发的小外形封装（SOP）和四边扁平封装（QFP），引脚细如发丝（间距0.4-1.27mm），可直接贴装PCB，体积比DIP缩小70%。

核心突破：环氧树脂模塑料（Epoxy Molding Compound）取代金属外壳，实现高速自动化生产，成本大幅降低。

3. 1990年代：阵列封装崛起

BGA封装：球栅阵列封装用焊球替代引脚，I/O数量突破1000+，散热性能提升50%。英特尔奔腾处理器率先采用，引爆PC时代。

CSP封装：芯片尺寸封装（Chip Scale Package）实现“封装不增大芯片面积”，内存条从此告别臃肿。

4. 21世纪：先进封装（Advanced Packaging）纪元

技术目标：不再满足于“保护”，而是通过封装提升系统性能。

核心驱动力：摩尔定律放缓，晶体管微缩成本飙升，需通过封装集成弥补算力缺口。

     

先进封装的核心技术

倒装芯片（Flip Chip，1995年商用化）

原理：在芯片表面制作焊球（Solder Bumps），直接翻转对接基板，取代金线键合。优势：互联距离缩短至微米级，电阻降低90%，苹果A系列芯片、英伟达GPU全面采用。关键材料：高铅焊料、无铅焊料、铜柱凸块。

晶圆级封装（WLP，2000年普及）

工艺：直接在晶圆上完成布线（RDL层）、植球，切割后即成独立芯片。

革命性意义：省去传统封装基板，厚度减薄80%，iPhone的RF芯片和传感器依赖此技术。

 2.5D/3D堆叠（2010年后爆发）

技术	核心结构	应用场景
2.5D堆叠	硅中介层（Interposer）+TSV	英伟达H100 GPU（CoWoS）
3D堆叠	芯片直接堆叠+铜混合键合	HBM3内存

TSV（硅通孔）：在硅片上钻孔填充铜，实现垂直导电，信号延迟降低至皮秒级。