先进封装强势崛起，影响IC产业格局

摩尔定律的延伸受到物理极限、巨额资金投入等多重压力，迫切需要别开蹊径延续工艺进步。而通过先进封装集成技术，可以更轻松地实现高密度集成、体积微型化和更低的成本。封装行业将在集成电路整体系统整合中扮演更重要的角色，也将对产业的格局形成更多影响。随着先进封装的推进，集成电路产业将展现出一些新的发展趋势，有先进封装的集成电路产业样貎将会有所不同。

先进封装增速远超传统封装

当前 社会 正处于新技术与新应用全面爆发的背景下，移动设备、大数据、人工智能、5G通信、高性能计算、物联网、智能 汽车 、智能工业等快速发展。这些技术与应用必将对底层芯片技术产生新的需求。据麦姆斯咨询的介绍，支持这些新兴大趋势的电子硬件需要高计算能力、高速度、更多带宽、低延迟、低功耗、更多功能、更多内存、系统级集成、更精密的传感器，以及最重要的低成本。这些新兴趋势将为各种封装平台创造商机，而先进封装技术是满足各种性能要求和复杂异构集成需求的理想选择。

系统级封装可以将一个或多个IC芯片及被动元件整合在一个模块中，从而实现具有完整功能的电路集成，它也可以降低成本，缩短上市时间，同时克服了SoC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难题。

3D封装通过晶圆级互连技术实现芯片间的高密度封装，可以有效满足高功能芯片超轻、超薄、高性能、低功耗及低成本的需求，被大多半导体厂商认为是最具有潜力的封装方法。

总之，在市场需求的带动下，越来越多先进封装技术被开发出来，先进封装的市场占比将会进一步扩大。统计数据显示，从2017年到2023年，整个半导体封装市场的营收将以5.2%的年复合增长率增长，而先进封装市场将以7%的年复合增长率增长，市场规模到2023年将增长至390亿美元，传统封装市场的复合年增长率则低于3.3%。

展现三大发展趋势

随着先进封装技术的发展以及市场规模的扩大，其对于整个集成电路产业结构将产生越来越大的影响。首先是中段工艺的出现并逐渐形成规模。随着传统封装技术向先进封装过渡，有别于传统封装技术的凸块(Bumping)、再布线(RDL)、硅通孔(TSV)等中段工艺被开发出来，并且开始发挥重要作用。中芯长电半导体首席执行官崔东表示，仅靠缩小线宽的办法已经无法同时满足性能、功耗、面积，以及信号传输速度等多方面的要求，因此半导体企业开始把注意力放在系统集成层面来寻找解决方案，也就是通过先进的硅片级封装技术，把不同工艺技术代的裸芯封装在一个硅片级的系统里，兼顾性能、功耗和传输速度的要求。这就产生了在硅片级进行芯片之间互联的需要，进而产生了凸块、再布线、硅通孔等中段工艺。而中段硅片加工的出现，也打破了前后段芯片加工的传统分工方式。

其次，制造与封装将形成新的竞合关系。由于先进封装带来的中段工艺，封测业和晶圆制造业有了更紧密的联系，在带来发展机遇的同时，也面临着新的挑战。中段封装的崛起必然挤压晶圆制造或者封装测试业的份额。有迹象表明，部分晶圆厂已加大在中段封装工艺上的布局。晶圆厂有着技术和资本的领先优势，将对封测厂形成较大的竞争压力。传统封测厂较晶圆制造业相比属于轻资产，引入中段工艺后，设备资产比重较传统封装大大增加，封测业的先进技术研发和扩产将面临较大的资金压力。

最后，推动集成电路整体实力的提升。后摩尔时代的集成电路产业更强调产业链的紧密合作，强化产业链上下游之间的内在联系，要求各个环节不再是割裂地单独进行生产加工，而是要求从系统设计、产品设计、前段工艺技术和封测各个环节开展更加紧密的合作。企业对于先进封装业务的竞争，最终还需表现为产业链之间综合实力的竞争。

中国应加快虚拟IDM生态链建设

近几年中国集成电路封测产业实现了高速发展，有了长足的进步，然而国内集成电路封测产业链整体技术水平不高也是不争的事实。半导体专家莫大康认为，中国现在非常重视集成电路产业，推动先进封装业的发展就是非常必要的了。中国的封装测试是集成电路三业(设计、制造、封测)中起步最早的，与国际水平差距也比较小，因此完全有能力发展起来。

华进半导体总经理曹立强在近日的演讲中再次提出，推动国内“EDA软件—芯片设计—芯片制造—芯片封测—整机应用”集成电路产业链虚拟IDM生态链的建设，以市场需求牵引我国集成电路封测产业快速发展。集成电路的竞争最终会表现为产业链之间综合实力的竞争，先进封装的发展需要从工艺、设备和材料等方面的协同。

在新的技术趋势和竞争环境下，集成电路产业越来越表现为产业链整体实力的竞争。过去几年，国际半导体制造公司纷纷加大力度向先进工艺挺进，在持续大规模资本投入扩建产能的带动下，一些半导体制造大厂同样具备了完整的先进封装制造能力。

应对这样的产业形势，曹立强指出，重点在于突破一些关键性技术，如高密度封装关键工艺、三维封装关键技术、多功能芯片叠层集成关键技术、系统级封装关键技术等。建设立足应用、重在转化、多功能、高起点的虚拟IDM产业链，解决集成电路产业领域的关键技术，突破技术瓶颈。

半导体封装简介:半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为：来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后，被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上，再利用超细的金属（金、锡、铜、铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后，还要进行一系列 *** 作，如后固化（Post Mold Cure）、切筋和成型（Trim&Form）、电镀（Plating）以及打印等工艺。封装完成后进行成品测试，通常经过入检（Incoming）、测试（Test）和包装（Packing）等工序，最后入库出货。典型的封装工艺流程为：划片 装片 键合 塑封 去飞边 电镀 打印 切筋和成型 外观检查 成品测试 包装出货。1 半导体器件封装概述电子产品是由半导体器件(集成电路和分立器件)、印刷线路板、导线、整机框架、外壳及显示等部分组成，其中集成电路是用来处理和控制信号，分立器件通常是信号放大，印刷线路板和导线是用来连接信号，整机框架外壳是起支撑和保护作用，显示部分是作为与人沟通的接口。所以说半导体器件是电子产品的主要和重要组成部分，在电子工业有“工业之米"的美称。我国在上世纪60年代自行研制和生产了第一台计算机，其占用面积大约为100 m2以上，现在的便携式计算机只有书包大小，而将来的计算机可能只与钢笔一样大小或更小。计算机体积的这种迅速缩小而其功能越来越强大就是半导体科技发展的一个很好的佐证，其功劳主要归结于：(1)半导体芯片集成度的大幅度提高和晶圆制造(Wafer fabrication)中光刻精度的提高，使得芯片的功能日益强大而尺寸反而更小；(2)半导体封装技术的提高从而大大地提高了印刷线路板上集成电路的密集度，使得电子产品的体积大幅度地降低。半导体组装技术(Assembly technology)的提高主要体现在它的封装型式(Package)不断发展。通常所指的组装(Assembly)可定义为：利用膜技术及微细连接技术将半导体芯片(Chip)和框架(Leadframe)或基板(Sulbstrate)或塑料薄片(Film)或印刷线路板中的导体部分连接以便引出接线引脚，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺技术。它具有电路连接，物理支撑和保护，外场屏蔽，应力缓冲，散热，尺寸过度和标准化的作用。从三极管时代的插入式封装以及20世纪80年代的表面贴装式封装，发展到现在的模块封装，系统封装等等，前人已经研究出很多封装形式，每一种新封装形式都有可能要用到新材料，新工艺或新设备。驱动半导体封装形式不断发展的动力是其价格和性能。电子市场的最终客户可分为3类：家庭用户、工业用户和国家用户。家庭用户最大的特点是价格便宜而性能要求不高；国家用户要求高性能而价格通常是普通用户的几十倍甚至几千倍，主要用在军事和航天等方面；工业用户通常是价格和性能都介于以上两者之间。低价格要求在原有的基础上降低成本，这样材料用得越少越好，一次性产出越大越好。高性能要求产品寿命长，能耐高低温及高湿度等恶劣环境。半导体生产厂家时时刻刻都想方设法降低成本和提高性能，当然也有其它的因素如环保要求和专利问题迫使他们改变封装型式。2 封装的作用封装(Package)对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有：(1)物理保护。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降，保护芯片表面以及连接引线等，使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响；同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配，这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力以及由于芯片发热而产生的应力，从而可防止芯片损坏失效。基于散热的要求，封装越薄越好，当芯片功耗大于2W时，在封装上需要增加散热片或热沉片，以增强其散热冷却功能；5～1OW时必须采取强制冷却手段。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。(2)电气连接。封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距，调整到实装基板的尺寸间距，从而便于实装 *** 作。例如从以亚微米(目前已达到0．1 3μm以下)为特征尺寸的芯片，到以10μm为单位的芯片焊点，再到以100μm为单位的外部引脚，最后剑以毫米为单位的印刷电路板，都是通过封装米实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用，从而可使 *** 作费用及材料费用降低，而且能提高工作效率和可靠性，特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻，寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。(3)标准规格化。规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格，既便于加工，又便于与印刷电路板相配合，相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便，而且便于标准化。相比之下，裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。由于组装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板(PCB)的设计和制造，对于很多集成电路产品而言，组装技术都是非常关键的一环。3 封装的分类半导体(包括集成电路和分立器件)其芯片的封装已经历了好几代的变迁，从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到MCP再到SIP，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。封装(Package)可谓种类繁多，而且每一种封装都有其独特的地方，即它的优点和不足之处，当然其所用的封装材料、封装设备、封装技术根据其需要而有所不同。

所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例，我们实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。

封装对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术都是非常关键的一环。

目前采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来，能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高，功能越来越强，引脚数越来越多，封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素：

芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1

引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能

基于散热的要求，封装越薄越好

作为计算机的重要组成部分，CPU的性能直接影响计算机的整体性能。而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术，采用不同封装技术的CPU，在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。

PGA封装

该技术也叫插针网格阵列封装技术（Ceramic Pin Grid Arrau Package），由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据管脚数目的多少，可以围成2～5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸，从486芯片开始，出现了一种ZIF CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。该技术一般用于插拔 *** 作比较频繁的场合之下。

早先的80486和Pentium、Pentium Pro等CPU均均采用PGA封装形式。

mPGA

微型PGA封装，目前只有AMD公司的Athlon 64和英特尔公司的Xeon（至强）系列CPU等少数产品所采用，而且多是些高端产品，是种先进的封装形式。

OPGA

（Organic pin grid Array，有机管脚阵列）。这种封装的基底使用的是玻璃纤维，类似印刷电路板上的材料。 此种封装方式可以降低阻抗和封装成本。OPGA封装拉近了外部电容和处理器内核的距离，可以更好地改善内核供电和过滤电流杂波。AMD公司的AthlonXP系列CPU大多使用此类封装。

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