九种常见的芯片封装技术

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元件封装起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。同时，通过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相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。

因此，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。而且封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装的好坏，直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB设计和制造，所以封装技术至关重要。

衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是：芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。

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。

封装大致经过了如下发展进程：

结构方面。

TO→DIP→PLCC→QFP→BGA→CSP。

材料方面。金属、陶瓷→陶瓷、塑料→塑料。

引脚形状。长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点。

装配方式。通孔插装→表面组装→直接安装。

以下为具体的封装形式介绍：

SOP/SOIC封装

SOP是英文Small Outline Package的缩写，即小外形封装。

SOP封装

SOP封装技术由1968～1969年菲利浦公司开发成功，以后逐渐派生出：

SOJ，J型引脚小外形封装

TSOP，薄小外形封装

VSOP，甚小外形封装

SSOP，缩小型SOP

TSSOP，薄的缩小型SOP

SOT，小外形晶体管

SOIC，小外形集成电路

DIP封装

DIP是英文“Double In-line Package”的缩写，即双列直插式封装。

DIP封装

插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。

PLCC封装

PLCC是英文“Plastic Leaded Chip Carrier”的缩写，即塑封J引线芯片封装。

PLCC封装

PLCC封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。

04TQFP封装

TQFP是英文“Thin Quad Flat Package”的缩写，即薄塑封四角扁平封装。四边扁平封装工艺能有效利用空间，从而降低对印刷电路板空间大小的要求。

TQFP封装

由于缩小了高度和体积，这种封装工艺非常适合对空间要求较高的应用，如PCMCIA卡和网络器件。几乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有TQFP封装。

PQFP封装

PQFP是英文“Plastic Quad Flat Package”的缩写，即塑封四角扁平封装。

PQFP封装

PQFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细。一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。

TSOP封装

TSOP是英文“Thin Small Outline Package”的缩写，即薄型小尺寸封装。TSOP内存封装技术的一个典型特征就是在封装芯片的周围做出引脚。TSOP适合用SMT(表面安装)技术在PCB上安装布线。

TSOP封装

TSOP封装外形，寄生参数(电流大幅度变化时，引起输出电压扰动)减小，适合高频应用，操作比较方便，可靠性也比较高。

BGA封装

BGA是英文“Ball Grid Array Package”的缩写，即球栅阵列封装。20世纪90年代，随着技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为了满足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。

BGA封装

采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一。另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。

BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率。虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;组装可用共面焊接，可靠性高。

TinyBGA封装

说到BGA封装，就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术。TinyBGA英文全称为“Tiny Ball Grid”，属于是BGA封装技术的一个分支，是Kingmax公司于1998年8月开发成功的。其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2～3倍。与TSOP封装产品相比，其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。

采用TinyBGA封装技术的内存产品，在相同容量情况下体积，只有TSOP封装的1/3。TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的，而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4，因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能。采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频，而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。

TinyBGA封装的内存其厚度也更薄(封装高度小于0.8mm)，从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。因此，TinyBGA内存拥有更高的热传导效率，非常适用于长时间运行的系统，稳定性极佳。

QFP封装

QFP是“Quad Flat Package”的缩写，即小型方块平面封装。QFP封装在早期的显卡上使用的比较频繁，但少有速度在4ns以上的QFP封装显存，因为工艺和性能的问题，目前已经逐渐被TSOP-II和BGA所取代。QFP封装在颗粒四周都带有针脚，识别起来相当明显。四侧引脚扁平封装。表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。

QFP封装

基材有陶瓷、金属和塑料三种。从数量上看，塑料封装占绝大部分。当没有特别表示出材料时，多数情况为塑料QFP。塑料QFP是最普及的多引脚LSI封装，不仅用于微处理器，门陈列等数字逻辑LSI电路，而且也用于VTR信号处理、音响信号处理等模拟LSI电路。

引脚中心距有1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm等多种规格，0.65mm中心距规格中最多引脚数为304。

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今天是《半导体行业观察》为您分享的第2214期内容，欢迎关注。

芯片封装，要迎来材料革命？

英特尔展示的玻璃基板

AI的热潮长尾竟然波及到了芯片封装材料。自今年4月开始，关于玻璃基板的讨论高热不退。有关英特尔、三星、AMD等芯片设计、制造及先进封装头部企业将用玻璃基板替代当前PCB基材的传闻不绝于耳。国内芯片封测企业也纷纷在投资者平台回应公司正在布局玻璃基板技术。一度带动了多支概念股多次涨停的玻璃基板，近日又传出英特尔将提前量产时间的消息。芯片封装，真的要迎来材料革命了吗？

头部企业纷纷入局

近一年来，封测领域头部企业纷纷透露出布局玻璃基板的消息。

2023年9月，英特尔宣布将在2030年前推出用于下一代先进封装的玻璃基板。并称包括玻璃基板在内的先进封装技术，将有助于英特尔实现2030年在单个封装上集成一万亿个晶体管的目标。

英特尔称，与目前采用的有机基板相比，玻璃具有超低平面度（flatness）、更好的热稳定性和机械稳定性，由于这些独特的性能，玻璃基板上的互连密度有望提升10倍。这意味着，采用该技术将支持在封装中连接更多晶体管，并支持以更小的尺寸封装更多的芯粒模块，构建更大的芯片组（即“系统级封装”）。

英特尔公司高级副总裁兼组装与测试技术开发总经理Babak Sabi 称，英特尔已经对玻璃基板技术进行了十余年的研究。据了解，英特尔已在其位于亚利桑那州钱德勒的工厂投资了超过10亿美元，用于玻璃研发生产线，并开发了具有3个再分配层(RDL)和75μm玻璃通孔(TGV)的电子功能组装多芯片封装(MCP)测试车。

近日，有消息称英特尔玻璃基板量产计划提前至2026年。对此，记者联系了英特尔相关负责人，并获得回复称：最近没有更新的进展。

2024年1月，三星电机在 CES 2024 上宣布进军半导体玻璃基板领域，并公布了 2024 年建立中试线、2025 年量产样品、2026 年正式量产的路线图。根据规划，三星电机将在今年9月份之前将所需设备安装到试验线上，并在第四季度开始运营其试点生产线，比最初的计划提前了一个季度。

国内封测头部企业也在投资者平台针对本公司在玻璃基板领域的布局作出了回应：

华天科技表示，公司有玻璃基板封装研发布局。

通富微电表示，公司具有玻璃基板封装相关技术储备，具备使用TGV玻璃基板进行封装的技术能力。谢鸿在接受《中国电子报》记者采访时表示，通富微电玻璃基板技术大概在2026—2027年可以看到产品应用。

通富微电投资者平台问答

晶方科技表示，公司专注于传感器领域晶圆级封装技术服务。TSV、TGV等是晶圆级封装电互连的主要技术工艺手段。结合传感器需求及自身工艺积累，公司具有多样化的玻璃加工技术，包括制作微结构，光学结构，镀膜，通孔，盲孔等，且公司自主开发的玻璃基板，在Fanout等封装工艺上已有多年量产经验。

头部企业纷纷入局，似乎预示着芯片封装企业真要的要迎来一场材料革命了？

此玻璃非彼玻璃

实际上，在芯片封装领域，玻璃已经在发挥作用。例如为了实现对芯片的保护，产业界采取了GPP（玻璃钝化）工艺技术，即将玻璃粉在晶圆表面烧结熔化后冷却，产生与芯片融为一体的玻璃层，从而起到保护的作用。又如在晶圆封装领域，玻璃基板可用于在晶圆减薄之后的载片环节，即作为芯片的支撑基板，用以帮助芯片顺利完成后续加工环节，防止外部应力造成的碎片。上述案例，均已应用多年，即为业内所说的成熟工艺。

而近期被广为讨论的玻璃基板，与上述成熟工艺不同，指的是一种正在研发的新技术，即由玻璃替代当前的封装基板（IC Package Substrate）材料——ABF和BT树脂——IC载板最常用的两种材料。

其中，BT树脂载板在上世纪80年代实现初步应用，因BT树脂具备耐热性、抗湿性，低介电常数、低散失因素等多种优良特性，常用于稳定尺寸，防止热胀冷缩改善设备良率，主要应用于存储芯片、MEMS芯片、RF芯片与 LED芯片中。近两三年成为在世界上迅速兴起的高密度互连(HDI)的积层多层板(BUM)、封装用基板的重要基板材料之一。

而另一种基板材料——ABF，在1999年之后逐渐成为半导体芯片行业的标配。该材料可用做线路较细、适合高脚数高传输的IC，但材料易受热胀冷缩影响，可靠性较低，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能计算（HPC）芯片FC封装。这两类基板材料凭借各自优势成为芯片封装基板的标配。

近期，之所以封装企业加码玻璃基板，源自市场对异构芯片需求的强烈增长。玻璃基板在吸引到越来越多的关注的同时，正在向替代当前封装基板材料的统治地位发起冲击。随着芯片处理需求的不断增长，Chiplet等异构封装需求愈来愈盛，这意味着单颗芯片的基板尺寸越来越大，而随着芯片基板的增大，直接面临的就是翘曲问题。

通富微电工程中心总经理谢鸿在接受《中国电子报》记者采访时表示：“目前广泛使用的有机基板和芯片的热膨胀差别较大。导致封装的翘曲问题。”

而玻璃即二氧化硅材料与硅基之间的热膨胀系数更为接近，于是更易于避免芯片封装中可能出现的翘曲问题。

这也正是英特尔此前在发布的公开信息中所说的“玻璃基板能使单个封装中的芯片面积增加五成，从而塞进更多的Chiplet”最主要的原因。

易碎是核心痛点

英特尔作为玻璃基板技术的先锋入局者，自十余年前已开始布局。而根据该公司自行公布的数据，预计将于2030年之前量产。作为Chiplet技术的主要倡议与贡献者之一的英特尔，为何迟迟没有实现玻璃基板技术量产？

其主要原因在于玻璃基板的易碎性带来的潜在问题仍未彻底解决。首先，玻璃基板在生产过程中容易断裂，不能像当前采用的有机基板一样钻孔；其次，采用玻璃基板封装的芯片的动态表现也较差。为了解释这一材料缺陷，谢鸿向记者举了个例子：“比如我们用玻璃基板来封装手机芯片，那么采用该芯片的手机即便是从1米左右的高度掉下来，都有可能导致芯片受损。”

英特尔玻璃基板测试单元

Yole Group 半导体封装技术与市场分析师比拉尔·哈希米表示，玻璃的易碎性给设备内部处理和加工带来了问题，因此在制造过程中需要非常小心和精确。这对设备供应商和基板制造商来说是一个昂贵的挑战。此外，玻璃基板给检查和计量过程带来了复杂性，需要专门的设备和技术来确保质量和可靠性。

如何解决玻璃易碎性的问题，成为困扰一众布局玻璃基板技术的企业共同关心的话题。

对此，谢鸿介绍了当前业界解决这一问题的两大解决方案：

其一，从材料本身着手，即对玻璃材料本身进行处理，通过添加微量元素的方式，改变玻璃的机械性能；或是通过改变玻璃的制造过程，改变材料性能。

其二，开发新的设备工艺。即通过借用其他材料或是更改产品生产工艺，实现保护的效果。

将率先替代大尺寸基板

关于芯片封装用玻璃基板的量产时间，当前业内的普遍预估是在2026—2030年之间。集邦咨询分析师许家源在接受《中国电子报》记者采访时表示，玻璃基板技术预计在2027—2028年量产。

而关于玻璃基板率先采用的应用场景，业界普遍认为将在对计算性能要求较高的场景率先应用。

许家源认为，玻璃基板技术预计率先应用在服务器或笔记本的处理器芯片。

英特尔表示，玻璃基板最先将被用于其更能发挥优势的地方，即需要更大尺寸封装和更快计算速度的应用和工作负载，包括数据中心、AI、图形计算等。

谢鸿表示，最先应用玻璃基板技术的场景，将是在60毫米以上的较大尺寸基板领域以及多芯片异构集成的产品中，此类产品多为高性能产品。

对于当前计算需求提升带给先进封装的要求，玻璃基板也将成为有力“小帮手”。一如当前先进封装常常采用的2.5D、3D封装的方法，将扩大封装基板的使用面积。若采用当前市面上的传统有机材料基板，更大的封装基板面积意味着更大的翘曲概率，而玻璃基板将大大降低翘曲的可能性。

作者丨姬晓婷编辑丨张心怡美编丨马利亚监制丨赵晨

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