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先进封装技术:在半导体制造中赢得一席之地


  来源: 电子产品世界 时间:2024-03-28 编辑:流川
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在半导体技术的飞速发展中,摩尔定律一度被视为不可逾越的巅峰,然而随着其优势逐渐达到极限,业界对于芯片性能提升的关注点开始转向后端生产,特别是封装技术的创新。先进封装技术,作为半导体技术的下一个突破点,正以其独特的优势引领市场的新一轮增长。


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传统上,封装工艺在半导体生产流程中一直被视为后端环节,往往被低估其重要性。原因有两点:首先,使用老一代设备仍然可以封装晶片。其次,封装大多由外包的半导体组装和测试公司(OSAT)完成,这些公司主要依靠低廉的劳动力成本而非其他差异化竞争。然而,随着技术的进步和市场的变化,封装技术不再只是简单的保护芯片免受外界环境侵害的手段,而是成为提升芯片性能、满足新兴应用需求的关键所在。先进封装技术的出现,正是对这一转变的最好诠释。


传统封装技术


线键技术是一种互联技术,它利用焊球和细金属线将印刷电路板与芯片连接起来,这种技术在20世纪50年代开发,至今仍在使用。与封装芯片相比,它所需空间较小,可连接相对较远的点,但在高温、高湿和温度循环条件下可能会失效,而且每个键必须按顺序形成,这就增加了复杂性,并且减慢了制造速度。数据机构预测,到2031年,焊线市场价值将达到160亿美元,年复合增长率为2.9%。


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封装技术的第一次重大演变出现在20世纪90年代中期的倒装芯片上,这种芯片使用面朝下的芯片,芯片的整个表面积都通过焊接"凸点"用于互连,将印刷电路板与芯片粘合在一起。这使得外形尺寸或硬件尺寸更小,信号传输速率更高,即信号从发射器到接收器的传输速度更快。倒装芯片封装是目前最常见、成本最低的技术,主要用于中央处理器、智能手机和射频系统级封装解决方案。倒装芯片可以实现更小的组装,并能承受更高的温度,但必须安装在非常平整的表面上,而且不易更换。目前的倒装芯片市场规模约为270亿美元,预计年复合增长率为6.3%,到2030年将达到450亿美元。


先进封装关键技术


先进封装技术,顾名思义,是对传统封装技术的升级与改进。传统的封装技术如线键合和倒装芯片虽然在过去半个世纪中发挥了巨大作用,但随着技术的不断进步和应用的多样化,其局限性也日益凸显。线键合技术虽然连接灵活,但在恶劣环境下容易失效,且制造速度较慢;而倒装芯片技术虽然实现了更小的组装尺寸和更高的信号传输速率,但对安装表面的平整度要求较高,且不易更换。因此,寻找一种更加高效、可靠的封装技术成为了行业的迫切需求。


自2000年以来,已有三种主要的先进包装技术投入商用,补充了上半个世纪盛行的两种技术。


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先进封装有助于满足目前主流的新兴应用,例如5G、自动驾驶汽车和其他物联网技术,以及虚拟现实和增强现实技术。这些应用需要能够快速处理海量数据的高性能、低功耗芯片。先进封装技术通过将多个芯片组合在一起,可以实现更高效的信号传输和数据处理,从而提升整个系统的性能。


其次,先进封装技术能够通过优化封装结构和工艺,可以减少原材料的消耗和浪费,降低制造成本。同时,由于封装尺寸的缩小,也可以减少印刷电路板等配套设备的使用,进一步降低成本。并且,通过采用更加先进的材料和工艺,可以有效防止化学污染以及光、热和撞击的损害,从而提高产品的使用寿命和稳定性。


正是基于这些优势,先进封装技术自2000年左右推出以来,便获得了巨大的发展势头。目前,市场上已经出现了多种先进的封装技术,如2.5-D、3-D、扇出式和系统级芯片(SoC)封装等。这些技术不仅弥补了传统封装技术的不足,还为半导体行业的发展带来了新的机遇。


晶圆级封装


关键词:封装 芯片    浏览量:2381

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