摘要：

本文以半導體封裝技術為研究對象，在論述半導體封裝技術及其重要作用的基礎上，探究了現階段半導體封裝技術的芯片保護、電氣功能實現、通用性、封裝界面標準化、散熱冷卻功能等諸多發展趨勢，深入研究了半導體前端制造工藝對封裝技術的影響，探究了各種半導體封裝內部連接方式之間的相互關系，旨在為我國半導體封裝技術應用水平的快速提升帶來更多參考和啟迪。

就半導體制造產業而言，半導體工藝制造流程主要包括前道部分和后道部分，其中，前道部分的半導體制造涉及內容較繁雜且技術要求精度較高，整個工藝制造流程數可高達數百個，且半導體各工藝流程、批次、設備之間往往存在著相互影響、相互關聯和相互依托的緊密關系，是半導體前道工序供應生產的典型特征，也是當今社會公認的最為復雜的產品制造過程。就半導體后道封裝工藝而言，封裝工藝相比前道工藝流程較簡單，但由于半導體設備批量較小、品種較多，且部分產品分批、合批等操作復雜，操作步驟較多，因此，半導體后道封裝工序仍舊是混合型和復雜型的工藝制造過程。就我國現階段半導體企業后道封裝工藝生產而言，其生產技術和半導體后道封裝效率提升仍舊存在一定難題。因此，本文圍繞半導體封裝技術進行深入探討與研究，也就具備重要理論意義和現實價值。

1 半導體封裝技術及其作用

傳統模式下，人們對半導體封裝技術的理解較為局限，更多地將其局限于半導體連接以及一個批次間的組裝，其整體涉及范圍較窄，且將半導體封裝技術以普通的生產技術對待，并未充分發掘半導體封裝技術的重要價值。隨著近年來電子信息產業的進一步發展，半導體封裝技術逐步與電子產業工程相連接，在電子信息技術的支持下得到了更長足的發展和進步。

縱觀我國現階段半導體封裝技術以及世界半導體封裝技術發展過程可知，目前半導體封裝技術的發展已然可歸納為五大發展階段，目前絕大部分國家正朝著第四階段和第五階段邁進。具體而言，半導體封裝技術的第一階段為 20 世紀 70 年代以前，該時間期限內的半導體封裝技術主要采用通孔插裝型封裝技術，封裝方式主要包括金屬圓形封裝或塑料雙列直插封裝等諸多形式。第二階段即為 20世紀 70 年代到 20 世紀 80 年代后期，該時間段內的半導體封裝技術主要采用表面貼裝型封裝方式，典型的封裝外觀有塑料引線片封裝或無線四邊扁平封裝等。第三階段為 20 世紀 80 年代到 20 世紀90 年代，主要包括焊球陣列封裝或芯片尺寸封裝技術等，通?？山柚沾珊盖蜿嚵蟹庋b或倒裝芯片焊球陣列封裝等方式實現。第四階段為 20 世紀末期，該時間段內半導體封裝技術主要采用多芯片組件封裝或系統封裝方式，甚至部分先進國家進一步采用了三維立體封裝技術，典型的封裝結構主要包括多層陶瓷基板封裝模式或多層薄膜基板封裝模式。第五階段為 21 世紀初期，該時間段內的半導體封裝結構封裝技術主要為系統級的單芯片封裝模式或微電子機械結構的封裝模式。整體而言，全世界范圍內的半導體封裝技術主流發展仍處于第三階段的成熟期和技術快速進步發展期，焊球陣列封裝和芯片尺寸封裝技術基本是現階段半導體封裝技術大規模生產和使用的關鍵技術類型。

總體而言，半導體封裝技術主要包括以下作用：

（1）半導體封裝技術能夠保證半導體設備元件的正常工作，確保其預期功能的正常發揮；

（2）半導體封裝技術能夠保證半導體內部信息數據的正常存儲與讀取，且能夠以功能化模塊結構的形勢，實現數據存儲功能要求；

（3）半導體封裝技術能夠通過各功能塊之間的強強結合，構成半導體系統結構裝置，實現其整體功能；

（4）半導體封裝技術能夠便于人和機器設備之間的信息交互，能夠建立更加方便快捷且響應速度更快的人機界面；

（5）半導體封裝技術能夠進一步加強半導體作為商品的附加價值，增強其市場競爭力。

2 半導體封裝技術的現狀及動向

2.1 芯片保護

隨著 21 世紀信息技術的進一步發展，半導體內部搭載多個芯片甚至多芯片封裝以及封裝內系統或系統封裝等技術進一步普及與發展，伴隨著大規模集成電路封裝技術逐步朝著小型化、薄型化方向理論體系的進一步成熟，半導體封裝技術在遵從傳統模式下嚴格狀態的氣密性封裝，向現階段更加簡易、便于操作的樹脂型封裝技術方向發展，而隨著大規模集成電路封裝尺寸的進一步縮小和半導體疊層結構應用技術的進一步成熟，半導體封裝技術除了滿足傳統模式下半導體封裝的保護芯片要求、運行可靠性要求等基本要求外，更應將半導體搭載于母板結構降低其應力緩沖以及保證半導體搭載連接可靠性。

2.2 電氣功能的實現

隨著近年來電源接地系統穩定層穩定要求的進一步拔高，為最大限度降低半導體運行過程中電流感應、直流電阻甚至寄生電容等對半導體內部結構的影響，應盡可能地發揮半導體封裝過程中的電器功能。在此過程中，半導體電氣信號布線應隨著輸入和輸出端子數的進一步增加盡可能縮短布線長度，實現電源接地系統的阻攔和抗擊匹配，降低系統中電感、直流電阻甚至寄生電容等的不良影響。因此，為實現大規模集成電路中電氣功能目標，在以設計為主導的戰略觀念的支持下，充分考慮大規模集成電路的回路設計與封裝技術應用，研究搭載封裝技術的模板結構設計，保證半導體電氣功能的圓滿達成。

2.3 通用性及封裝界面標準化

隨著半導體產業的進一步成熟和完善，未來封裝技術中平面陣列端子型封裝技術將成為半導體封裝的常用技術，而隨著半導體材料應用范圍的進一步拓寬，半導體結構設計的多樣化與復雜性增強，僅依賴傳統模式下的平面陣列端子型封裝技術并不能滿足半導體產業發展的多樣化要求。例如，當半導體結構檢查時，利用平面陣列端子的電氣接觸技術，將半導體安裝于母板后對待連接的部位進行檢查，但現階段薄型封裝技術中的拾取技術并不能滿足其基本要求，因此，對封裝技術中的拾取技術進行深入分析是未來半導體封裝通用性以及封裝界面標準化發展的重要趨勢。同時，關于半導體封裝后端子節距、封裝尺寸以及封裝材料等的創新，甚至半導體與模板實裝界面的標準化設計等，都應是未來半導體封裝技術發展的重要內容。

2.4 散熱冷卻功能

進一步探究半導體芯片性能可知，大規模集成電路中的特性線寬要求在日益發達的現代信息社會即將進入亞 0.1nm 時代，因此，為確保先進芯片的性能能夠滿足智能化社會發展目標，對半導體芯片的性能預測進行探究，在未來的半導體發展過程中，幾乎所有電子設備使用大規模集成電路的功耗都將進一步增加，而大規模集成電路的功能大約在 2~3w 以上，此時需在半導體封裝技術應用過程中增加散熱片或增加熱沉，以此增加半導體散熱冷卻功能。在5~10W 以上時，則必須采取強制冷卻手段，保證半導體散熱冷卻功能的正常發揮。當半導體功能損耗值在 50~100W 以上時，則應該采取空冷技術?？傊?，上述所有散熱冷卻技術在未來一段時間內都將是半導體封裝技術的重要發展方向。

3 半導體前端制造工藝對封裝技術的影響

半導體前端制造工藝對半導體封裝技術的影響，將直接快速地反應到半導體后端生產技術上。眾所周知，現階段通用的大規模集成電路中的線寬由以往的 0.09 微米進一步縮小，在 2008 年達到了0.057 微米，2018 年進一步縮小到 0.018 微米。與此同時，大規模集成電路中引線鍵合的焊盤間距在同一時間內隨著大規模集成電路線寬的不斷縮小，從 35 微米進一步縮小到了 20 微米，而倒裝芯片焊盤間距也進一步由以往模式下的 150 微米進一步縮小到現階段的70 微米左右，總體而言，半導體前端制造工藝焊盤間距將隨著前端線寬的不斷降低而不斷減小。也就是說，焊盤間距將進一步隨著前端線寬參數值的不斷降低而減小，該趨勢也是未來較長時間內半導體封裝技術應用時內部連接方式發展的重要趨勢。同時，作為大規模集成電路中的半導體芯片，由芯片到下一級封裝或印刷電路板的連接方式及整個內部連接結構，受到封裝技術以及連接對象物理尺寸的限制，焊盤間距并不像半導體前端線寬一樣呈現出持續縮短的穩定變化規律，而是在達到一定臨界值后，呈現出不再變化特征，這是半導體封裝技術不同于前端制造工藝的重要特點，也是半導體技術中應用封裝技術應關注的重要內容。

4 各種半導體封裝內部連接方式的相互關系

目前，半導體封裝結構中 90% 以上的封裝管腳采用引線鍵合連接模式，倒裝芯片的內部連接模式整體增長速度盡管較快，但直到 2018 年，我國半導體產業仍就以引線鍵合方式作為半導體芯片內部連接的主導技術，無論是在半導體封裝行業或其他權威預測均表明引線鍵合內部連接方式是現階段半導體封裝甚至是半導體產業低端封裝內部最主流的連接方式?；谝€鍵合方式的工藝硅膠凸點，能夠進一步生成倒裝芯片的關鍵工序內容，并對倒裝芯片連接方式中的諸多常規步驟進行融合，這一優勢是引線鍵合連接方式長期存續且在半導體內部封裝技術應用中源源不竭的重要特征。盡管倒裝芯片封裝技術發展較為迅速，但仍舊受到運行可靠性和運行成本高昂的限制，無法在大規模的市場環境中進行推廣，更遑論取代以往引線鍵合方式成為半導體封裝技術內部的主流連接方法。

總之，倒裝芯片的半導體封裝方式在現階段的半導體封裝技術應用過程中受到高昂的成本限制和運行安全可靠性等諸多因素的不良影響，并不能夠在大范圍商業用途的半導體芯片過程中使用，不能進行大規?；虼篌w量的生產與售賣，并不能夠取代引線鍵合方式而成為現階段半導體內部封裝連接方式。但倒裝芯片的半導體封裝內部連接結構形式，將作為高成本和高性能同步發展狀態下的半導體封裝內部連接方式，與引線鍵合連接方式長期共存，該類新型的半導體封裝技術，將會對部分性能要求較高而在一定程度上忽視成本費用的行業，例如航空航天行業或軍用行業中的半導體封裝中得到進一步發展與應用。也就是說，引線鍵合的和倒裝芯片的半導體封裝內部連接方式，在現階段都將繼續按照其自身發展的技術規律不斷進步，也將在半導體封裝技術不斷提升和優化背景下得到長足穩定的發展。此外，半導體封裝系統也是近年來半導體封裝技術發展的重要趨勢，在一定程度上代表了未來較長時間內半導體封裝技術的發展方向。封裝中系統是在半導體封裝技術中利用多個不同結構、形式相互獨立卻又緊密益相關的集成模塊，實現半導體，尤其是大規模集成電路的完整性和其他強大功能。該封裝系統具備較短的開發周期技術優勢，也具備較強的開發靈活性優勢，封裝中系統技術的應用，結合引線鍵合和倒裝芯片甚至是硅片鍵合和方向，在其技術發展上均有所體現，其共同存在情況將進一步優化半導體封裝技術在未來的發展。

5 結論與展望

在電子信息化產業進一步完善和市場發展過程中，半導體生產企業應盡可能地提升其封裝工藝，通過半導體內部封裝連接方式相互關系的總結與梳理以及半導體前端制造工藝對整個封裝技術應用的影響關系梳理，充分感知半導體封裝技術的現階段應用現狀及未來創新方向，為半導體封裝技術應用水平的快速提升打下扎實基礎。

審核編輯：湯梓紅