《集成电路封装工艺》课件

集成电路封装工艺集成电路封装是半导体制造的关键环节，它不仅保护芯片免受外界环境的损害，还提供电气连接和散热通道随着电子产品向小型化、高性能和多功能方向发展，封装技术也在不断创新本课程将系统介绍从传统封装到前沿三维封装的各种技术，详细解析封装材料、工艺流程以及测试方法，帮助学习者全面了解集成电路封装的原理与应用目录集成电路封装概述传统与先进封装技术12包括封装的定义、作用、发展历程以及分类，帮助学习者建从传统的引线框架、DIP、SOP到先进的BGA、CSP、立基础认知框架Flip Chip等技术的详细介绍封装材料与工艺流程测试、三维封装及未来趋势34全面解析封装所需的各类材料及完整的工艺流程步骤，包括探讨封装测试方法、前沿的三维封装技术，以及行业面临的晶圆处理、键合、塑封等环节挑战与发展方向第一章集成电路封装概述封装的定义1集成电路封装是将芯片与外部电路连接并提供物理保护的技术过程，是半导体产业链的重要环节封装的重要性2良好的封装不仅保护芯片，还提供散热通道、电气互连，并影响产品的可靠性与使用寿命发展历程3从早期的陶瓷封装到现代的高密度集成封装，封装技术经历了显著的演进，不断适应电子产品的小型化需求技术分类4按结构可分为引线框架封装、无引脚封装及先进封装；按应用可分为消费级、工业级和军用级封装，各具特点什么是集成电路封装

1.1定义构成要素工艺流程集成电路封装是将已制造完成的晶圆上的典型的封装结构包括芯片本体、引线框架封装工艺通常包括晶圆减薄、切割、芯片芯片，通过一系列工艺步骤与外部电路实或基板、内部连接如金线、塑封料或其粘接、引线键合、塑封、切筋成形、标记、现电气连接，并为芯片提供机械支撑和环他保护材料，以及与外部电路连接的接口电镀和测试等环节，每一步都直接影响最境保护的过程如引脚或焊球终产品的性能和可靠性封装的作用和重要性

1.2电气互连机械保护提供芯片与外部电路的可靠电连接防止芯片受到物理冲击、振动和压力损害21热量管理帮助芯片散热，维持适宜工作温度3尺寸适配5环境隔离将微米级芯片转换为可安装的电子元件保护芯片免受湿气、化学物质和辐射影响4封装在集成电路产业链中扮演着承上启下的关键角色，良好的封装设计不仅延长产品寿命，还能提升整体性能，降低系统噪声，优化信号完整性随着芯片向高速、多功能方向发展，封装技术的重要性日益凸显封装技术的发展历程

1.3年代11960以陶瓷双列直插封装CDIP和塑料双列直插封装PDIP为主，引脚数少，尺寸较大，主要满足早期电子设备的基本需求年代21970-80小外形封装SOP和塑料引线芯片载体PLCC出现，引脚间距缩小，封装尺寸减小，适应了个人电脑时代的需求年代31990表面贴装技术成熟，四边引脚扁平封装QFP和塑料四边扁平无引脚封装PQFN广泛应用，同时球栅阵列封装BGA开始兴起年至今42000芯片级封装CSP、倒装芯片、晶圆级封装兴起，三维堆叠、硅通孔等技术快速发展，封装逐渐成为系统集成的关键平台封装技术的分类

1.4按封装结构分类按应用领域分类按焊接方式分类引线框架封装包括DIP、SOP、QFP等，消费电子封装成本敏感，注重小型化和通孔插装封装如DIP，通过PCB孔插入芯片通过金线与引线连接轻量化焊接区域阵列封装如BGA，采用整个底部区工业级封装强调可靠性和稳定性表面贴装封装如SOP、QFP、BGA，直域排列焊球连接接焊接在PCB表面汽车级封装要求高温耐受性和长寿命先进封装包括、、、无引脚封装如，无可见引脚，底部CSP Flip Chip WLPQFN军工航天级封装极端环境适应性，高可封装等与接触

2.5D/3D PCB靠性第二章传统封装技术引线框架封装采用金属引线框架作为芯片与外部连接的载体，通过金线将芯片与引线框架连接，然后用塑料或陶瓷材料包封双列直插封装DIP两侧排列引脚，呈直角向下弯曲，适用于通孔焊接，是最早广泛应用的封装形式之一小外形封装SOP引脚从封装体两侧引出并向下弯曲成海鸥翼形状，比更薄更DIP小，适合表面贴装四边引脚扁平封装QFP引脚从四个侧面引出，引脚间距更小，可提供更多接口，广I/O泛应用于较复杂的集成电路中引线框架封装

2.1结构特点材料选择应用范围引线框架是一种金属支常用材料包括铜合金良引线框架封装广泛应用架，包含中心芯片安装好的导电性和散热性、于消费电子、汽车电子区裸片岛和周围放射铁镍合金与硅芯片热膨和工业控制领域，是状分布的多条引线，通胀系数匹配和铜包钢DIP、SOP、QFP等封过蚀刻或冲压成形芯兼具强度和导电性装形式的基础尽管先片固定在裸片岛上，通表面通常电镀银或镀金，进封装兴起，但因其成过金线将芯片上的键合以提高焊接性能和防氧本优势和工艺成熟度，焊盘与引线内端连接化仍占据大量市场份额双列直插封装（）

2.2DIP结构特征优缺点分析DIP封装芯片的两侧各有一排垂直向下的引脚，形似千足虫优点结构简单，安装方便，可插拔式设计便于更换和维修；生典型的DIP封装有

8、

14、

16、

24、40等多种引脚数配置，引脚产工艺成熟，成本低；对设备要求不高，适合小批量生产间距标准为英寸

2.54mm

0.1缺点体积较大，占用空间多；引脚数受限，难以满足高密PCB封装材料通常分为塑料DIPPDIP和陶瓷DIPCDIP两种，前者度集成需求；不适合高频应用，引脚长度导致寄生电感大；通孔成本低廉，后者散热性和可靠性更高焊接难以实现双面布线虽然封装已不是当前主流，但在教育设备、开发板和一些要求可靠性而非小型化的专业设备中仍有应用其简单易用的特性使其成为DIP电子爱好者和初学者的理想选择小外形封装（）

2.3SOP结构设计特点及变体应用领域SOP封装的引脚从封装体两侧引出并向外弯曲SOP是向表面贴装技术过渡的重要封装形式，SOP封装广泛应用于存储器、微控制器、运算成海鸥翼形状，用于表面贴装技术SMT比同等引脚数的DIP减少约50%的PCB占用面放大器等中等复杂度的集成电路中尤其在便携引脚间距通常为

1.27mm、

0.65mm或积其主要变体包括窄体SOPNSOP、薄型设备、消费电子和通信设备领域，SOP因其良

0.5mm，较DIP大幅缩小封装厚度一般不超SOPTSOP和小外形晶体管封装SOT等，适好的尺寸和性能平衡而受到欢迎过

2.65mm用于不同应用场景四边引脚扁平封装（）

2.4QFP结构优势封装的引脚从封装体四个侧面引出，呈海鸥翼形状相比，在相同封装面积下可提供更多引脚，通常有、QFPSOP

441、、、等多种引脚配置，引脚间距从到不等

641001442080.8mm

0.3mm工艺挑战封装的引脚间距小，对工艺要求高，容易出现引脚变形、焊接桥连等问题为解决QFP SMT2这些问题，开发了引脚共面性检测和高精度贴装设备，同时采用特殊焊膏印刷工艺变体与应用的主要变体包括薄型、低型和暴露散QFP QFPTQFPQFPLQFP热片等广泛应用于微控制器、数字信号处理器、QFPEQFP QFP3等需要大量接口的集成电路，在消费电子和工业控制领域FPGA I/O占有重要地位第三章先进封装技术系统级封装SiP多功能单一封装解决方案1晶圆级封装WLP2尺寸接近芯片本身倒装芯片Flip Chip3芯片翻转直接连接芯片级封装CSP4接近芯片尺寸的封装球栅阵列封装BGA5底部阵列排列焊球先进封装技术克服了传统封装在高密度集成、高速信号传输和散热方面的局限性这些技术不仅缩小了封装尺寸，还显著提高了电气性能和散热效率，同时为三维集成和异质集成提供了技术基础随着电子产品向小型化、高性能方向发展，先进封装技术的重要性日益突出，已成为半导体产业的关键竞争领域中国正加速发展先进封装能力，以提升产业链自主可控水平球栅阵列封装（）

3.1BGA封装采用底部阵列排列的焊球代替传统的周边引线，显著提高了密度和电气性能焊球间距一般为、、BGA I/O

1.0mm

0.8mm或更小，材质通常为锡铅合金或无铅合金

0.65mm与相比，具有更低的引线电感和电阻，更好的散热性能，以及更易于自动化生产常见变体包括塑料、陶瓷QFP BGABGAPBGA和薄型精细间距等广泛应用于微处理器、和高速存储器等高性能芯片中BGACBGA BGATFBGABGA FPGA芯片级封装（）

3.2CSP定义与标准结构类型是指封装尺寸不超过芯片尺按结构可分为引线型引线直CSP CSP寸的倍的封装形式，通常每个接键合到芯片上、基板型

1.2引脚的面积小于平方毫米使用或陶瓷基板和堆1CSP CSPPCB可视为介于和晶圆级封装之叠型多芯片堆叠每种类BGA CSP间的过渡技术，结合了两者的优型在尺寸、成本和性能方面各有点优劣，针对不同应用场景技术特点相比，进一步缩小了封装尺寸，减少了互连长度，改善了电气性BGA CSP能和热性能常用于智能手机、可穿戴设备等空间严重受限的应用中，CSP特别适合存储器、射频芯片和图像传感器等倒装芯片封装（）

3.3FlipChip工作原理技术优势工艺挑战倒装芯片封装技术是将芯片正面朝下，通相较于金线键合，倒装芯片技术缩短了互倒装芯片技术面临的主要挑战包括凸点过凸点bump直接与基板相连接，而非连距离，显著降低了电感和电阻，提高了制备工艺复杂，成本高；基板与芯片间热传统封装中使用的金线键合方式这些凸信号传输速度；同时实现了更高的I/O密膨胀系数不匹配，可能导致凸点疲劳失效；点通常由锡铅合金或无铅焊料制成，通过度和更好的散热性能；降低了封装厚度，散热设计更加关键，通常需要添加填充胶回流焊接工艺与基板形成电气和机械连接适合超薄产品underfill提高可靠性晶圆级封装（）

3.4WLP技术特点工艺流程晶圆级封装是在晶圆制造完成后，直接在典型工艺包括晶圆表面钝化层形WLP晶圆上完成全部或大部分封装工序，然后成、再布线层制作、凸点或焊球形RDL再进行切割分离的封装技术成品封装尺12成、测试和切割整个过程在晶圆级进行，寸与芯片尺寸基本相同，实现了极限的小大幅提高了生产效率和一致性型化分类与应用优势与局限可分为扇入型凸点数量受芯片面积WLP优势最小的封装尺寸、最短的互连距离、限制和扇出型可支持更多I/O WLP43优良的电气性能；局限散热能力有限、主要应用于移动设备中的射频芯片、电源数量特别是扇入型受限于芯片尺寸、I/O管理芯片、图像传感器和存储器等对尺寸对装配要求高PCB要求极高的场景系统级封装（）

3.5SiP概念与内涵1系统级封装是将多个有源或无源器件集成在单一封装内，实现特定系统功能的封装技术这些器件可能包括处理器、存储器、RF模块、传感器和无源元件等，通过垂直堆叠或水平排列方式组合实现方式2SiP主要通过以下技术实现高度集成多芯片模块MCM技术、芯片堆叠技术、嵌入式有源/无源器件技术以及硅通孔TSV技术基板类型包括有机基板、陶瓷基板和金属基板等，选择取决于性能和成本要求应用优势3与单芯片系统集成SoC相比，SiP可以集成不同工艺制程的器件，开发周期短、风险低；与传统分立封装相比，SiP显著减小了系统尺寸，提高了电气性能和可靠性，降低了功耗典型应用4SiP广泛应用于智能手机、可穿戴设备、物联网节点和汽车电子等领域例如，现代智能手机的应用处理器、基带处理器和存储器通常集成在一个SiP中，显著节省了空间和功耗第四章封装材料基板材料导线材料封装树脂包括有机基板BT树脂、FR-4主要包括金线、铜线和铝线，主要为环氧树脂类材料，添加等、陶瓷基板氧化铝、氮化用于芯片与引线框架或基板之各种填料以改善其热膨胀系数、铝等和金属基板，提供芯片与间的电气连接不同材料各有粘度和硬度等特性封装树脂外部系统的电气和机械连接平优势金线可靠性高，铜线成是保护芯片免受机械损伤和环台，同时影响封装的散热性能本低且导电性好，铝线则与铝境侵蚀的关键材料和可靠性键合盘兼容性好焊料材料包括锡铅合金和无铅焊料，用于封装体与PCB的连接近年来，随着环保要求提高，无铅焊料如锡银铜合金SAC305逐渐成为主流基板材料

4.1基板类型主要材料热导率W/m·K CTEppm/°C介电常数优缺点有机基板BT树脂、FR-

40.3-

0.515-

183.5-

4.5成本低，电气性能适中，主流应用陶瓷基板氧化铝、氮化铝20-2004-78-10散热好，可靠性高，成本高，适合高性能应用金属基板铜、铝合金150-40016-25需绝缘层散热性能极佳，成本适中，主要用于功率器件硅基板硅130-1502-311-12与芯片CTE匹配，成本高，特殊应用玻璃基板硅酸盐玻璃1-23-54-6透明性好，适合光电器件，新兴应用基板材料的选择直接影响封装性能和成本，需根据应用需求综合考虑导热性、热膨胀系数CTE、电气性能、加工性和成本等因素环保要求和高频应用也正推动基板材料向无卤素、低损耗方向发展导线材料

4.2金线铜线铝线金线凭借其良好的延展性和抗氧化性，长期占据导线材料主导地位，但高价格成为其最大瓶颈随着铜线键合技术的成熟，其因成本低、导电性和热导率高而迅速普及铝线主要用于铝焊盘的键合，在某些特定应用中有独特优势近年来，铜线键合技术不断改进，通过表面包覆钯等贵金属或采用铜/金合金导线，解决了铜线易氧化和硬度大等问题，正逐步取代金线成为主流选择封装树脂

4.3基本组成关键性能指标发展趋势封装树脂主要由环氧树脂基体、硬化剂、良好的封装树脂应具备以下特性流动性封装树脂正向以下方向发展低应力配方固化促进剂、填料、阻燃剂、着色剂和偶好便于填充复杂结构；固化收缩率低减减少对芯片的机械损伤；高导热材料满联剂等组成基体树脂提供粘接性能和电少内应力；低吸湿性防止开裂和界面剥足高功率芯片需求；低介电常数和低损耗气绝缘性；填料如熔融石英粉用于调整离；足够的玻璃化转变温度耐热性；合配方适应高频应用；无卤素环保材料符热膨胀系数和提高导热性；阻燃剂增强阻适的热膨胀系数与芯片匹配；良好的附合RoHS和REACH法规；低温快速固化燃性能；偶联剂改善树脂与填料的界面结着力和耐热循环性能树脂提高生产效率合强度焊料材料

4.4锡铅焊料传统的锡铅焊料如Sn63Pb37熔点低183°C，润湿性好，成本低，工艺窗口宽然而，由于铅的毒性，已被欧盟RoHS指令等环保法规所限制，逐渐被淘汰，仅在特殊应用如军工、航空航天中保留使用无铅焊料常见的无铅焊料包括锡银铜合金SAC305Sn

96.5Ag

3.0Cu

0.

5、锡铜合金SnCu和锡银合金SnAgSAC305目前最为流行，熔点约217°C，综合性能较好，但成本较高，焊点脆性大于锡铅焊料SnCu成本低但性能稍逊，适合成本敏感型应用特种焊料针对特殊应用需求，开发了多种特种焊料高温焊料Au80Sn20，熔点280°C用于需要耐高温的场合；低温焊料Sn42Bi58，熔点138°C用于热敏感元件；耐腐蚀焊料添加了抗硫化添加剂，适用于恶劣环境纳米颗粒增强焊料通过添加纳米材料提高焊点可靠性第五章封装工艺流程前段处理1包括晶圆减薄、晶圆背面金属化如需、晶圆切割等，为后续封装做准备目标是获得分离的、规格符合要求的单个裸芯片芯片连接2包括芯片粘接Die Attach和引线键合Wire Bonding，将芯片固定到封装基板或引线框架上，并建立电气连接倒装芯片封装则通过凸点直接连接保护成型3包括塑封、玻璃钎焊或金属盖封等，为芯片提供物理保护和环境隔离塑封是最常用的方法，通过模塑或液态灌封实现后处理与测试4包括切筋成形、电镀、标记和最终测试等步骤，确保封装产品符合规格要求并为客户使用做准备晶圆减薄

5.1目的意义晶圆减薄旨在降低芯片厚度从初始的约700-800μm减至50-300μm不等，以满足电子产品薄型化需求，同时改善散热性能并为某些先进封装如TSV提供必要条件较薄的芯片还能降低封装内应力，提高可靠性基本工艺主要包括机械研磨和化学腐蚀两种方法机械研磨使用金刚石磨轮在晶圆背面进行粗磨和精磨，可高效去除大量硅材料；化学腐蚀则通过特定化学试剂对硅进行湿法腐蚀，去除研磨过程中产生的损伤层，获得应力更低的表面技术挑战晶圆减薄面临的主要挑战包括晶圆变薄后强度降低，容易破裂，需要特殊处理设备；减薄过程中的应力管理；厚度均匀性控制；背面金属化的附着力保证；以及超薄晶圆如50μm的搬运和处理发展趋势晶圆减薄技术正向更薄、更均匀、更低应力方向发展等离子体辅助化学腐蚀、高精度研磨设备和特殊晶圆支撑系统等新技术不断涌现，推动减薄极限从50μm向20μm甚至更薄发展晶圆切割

5.2技术原理先进技术晶圆切割Dicing是将晶圆分割成单个芯片Die的过程在晶圆激光切割使用特定波长激光沿切割道进行切割或划痕，后续通设计时，芯片之间预留切割道Street，宽度通常为50-100μm过机械力分离相比机械锯切，激光切割无刀片磨损问题，可实切割需要精确沿着切割道进行，避免损伤芯片有效区域现更窄的切割道和曲线切割等离子体切割通过高能等离子体束精确蚀刻硅材料，无需接触传统上采用金刚石切割刀片进行机械锯切，刀片旋转高速切入晶晶圆表面，可减小切割道宽度并降低芯片损伤圆切割过程需要喷水冷却降温并冲走碎屑切割精度可达，±2μm划痕断裂法在晶圆表面创建受控划痕，然后施加机械力沿晶体-刀片宽度最细可达15μm解理方向断裂，适用于某些特定材料和应用随着晶圆尺寸增大和芯片减薄，切割工艺面临更高挑战先进封装中的、芯片堆叠等技术对切割精度和无损伤提出了更严格要求，推TSV动切割技术持续创新芯片粘接

5.3粘接剂涂布准备工作点胶或预涂至粘接区域2清洁引线框架或基板和芯片1芯片放置精确定位芯片至目标位置35质量检测固化处理检查粘接强度和位置准确性4热处理使粘接剂完全固化芯片粘接是将芯片固定到引线框架、基板或封装载体上的工艺粘接材料根据应用需求可选择环氧树脂胶低成本、银胶导电性好、Die Attach玻璃料陶瓷封装用或软焊料散热性好等随着微小芯片和三维堆叠的兴起，芯片粘接技术面临新挑战需要更高定位精度±5μm以内；更薄的粘接层10μm；更好的导热性能；以及低应力设计以避免变形和开裂自动化芯片粘接设备和先进的机器视觉技术正快速发展以满足这些需求5W/m·K引线键合

5.4热压焊接热声焊1最常用的方法，利用超声能量和热能在芯片键合盘和金线之间形成金属互连通常分为两次键合首次在芯片上形成球形焊接点，二次在引线框架上形成楔形焊接点设备精度可达±1μm，常用于金线键合热声焊铝线2专为铝线设计的键合工艺，无需形成球形焊接点，两次键合均为楔形超声能量在铝线与铝键合盘之间形成冶金连接，工作温度较低约150°C，适合热敏感器件铜线键合3随着金价上涨，铜线键合技术快速发展需要更精确的工艺控制更高压力和超声能量和惰性气体保护以防氧化铜线具有更好的导电性和散热性，但硬度大，容易损伤芯片带状键合4使用窄金属带代替圆形导线，大幅增加与芯片的接触面积，提高电流承载能力和散热性能，主要用于功率器件带宽通常为75-500μm，厚度为25-50μm塑封

5.5模塑法液体灌封薄膜辅助模塑最主流的塑封方式，使将低粘度环氧树脂直接一种改进的模塑技术，用专用模具将芯片装配注入预先放置的坝体在模具表面放置特殊薄体放入模腔，注入塑封Dam内，覆盖芯片和膜，防止树脂与模具直料并加热固化按生产键合线，然后固化相接接触优点是减少了方式可分为单个模塑和比模塑法，设备投入低，模具清洁频率，降低了多个模塑转移模塑灵活性高，但生产效率树脂残留和引线变形问转移模塑使用模塑料条，较低，适合小批量或特题，提高了产品一致性通过专用设备将多个引殊形状产品常用于芯适用于超薄封装和细间线框架同时塑封，效率片级封装CSP、多芯距引线产品，如TQFP高，一致性好，是工业片模块MCM和系统级和TSOP化生产的首选封装SiP切筋成形

5.612切筋工序成形工序使用精密冲床或激光将塑封后的产品从引线框架对引脚进行弯折成形，使其符合特定封装类型的上分离，并切断连接产品引脚的引线框架筋要求如SOP和QFP需将引脚弯成海鸥翼形Dambar切筋精度通常要求在±25μm以内，状，而DIP则需弯成直角成形工序使用专用模以确保引脚间距的一致性和电气隔离具，通过精确控制的机械力完成弯折，同时保证引脚共面性3质量控制成形后需检测引脚间距、共面性和弯折角度等关键参数共面性Coplanarity要求通常在50-100μm以内，对SMT贴装至关重要先进的视觉检测系统能自动检测这些参数，提高生产效率和一致性标记

5.7激光标记喷墨标记标记内容当前最主流的标记方式，使用高能激光使用特殊油墨直接喷射到封装表面形成标准标记通常包括制造商标识、产品型束在封装表面烧蚀形成永久性标记优标记成本低，设备维护简单，但标记号、生产批号、生产日期代码和原产地点是标记速度快

0.5-2秒/个，精度高精度和耐久性不如激光标记喷墨标记标识等信息某些产品还可能包含引脚1可达

0.1mm，无需耗材，标记内容可后通常需要烘干或UV固化处理，主要用指示标记、温度等级标识或环保合规标灵活变更支持各类封装材料，包括环于低成本消费类产品或临时标识志如RoHS标志先进封装因空间有氧塑封料、陶瓷和金属限，可能使用简化代码系统电镀

5.8电镀目的常用电镀材料引脚电镀主要是为了提高引脚的可焊性、防止氧化和增强耐腐蚀锡铅合金电镀SnPb传统选择，焊接性能好，但因环保原因逐性良好的电镀层可以延长产品的贮存期，提高SMT组装的良率，渐被替代并确保长期可靠性纯锡电镀环保选择，但容易形成锡须，威胁可靠性Sn电镀还可以用于增加特定表面的导电性、改善电气性能和提供特镍钯金电镀高端封装选择，耐氧化性极佳，长期存储NiPdAu殊功能如防硫化、耐磨损等稳定银电镀导电性好，成本适中，但容易硫化变色Ag锡银铜合金电镀无铅封装的主流选择，性能平衡SnAgCu随着无铅化趋势加强，电镀技术面临锡须控制、焊接性能保证和成本控制等挑战新型合金电镀和表面处理技术不断发展，如添加微量元素的锡合金电镀和有机可焊性保护剂处理等OSP第六章封装测试成品筛选测试出厂前的全面检验1环境应力测试2模拟极端使用条件可靠性寿命测试3评估长期使用可靠性电气性能测试4验证基本功能外观与结构检测5确保物理完整性封装测试是确保集成电路产品质量和可靠性的关键环节测试涵盖从基本的外观检查到复杂的电气功能验证，再到严苛的可靠性测试不同的封装类型和应用领域有不同的测试标准和要求随着集成电路封装向高密度、多功能方向发展，测试技术也在不断演进，包括先进的3D X射线检测、超声波扫描和高速自动化测试设备的应用，以及人工智能辅助缺陷识别等新技术的引入电性能测试

6.1开短路测试检查封装产品引脚间是否存在意外短路或开路，是最基本的电气完整性测试使用低电压电流进行测量，避免损伤芯片现代测试设备可在几毫秒内完成全部引脚的开短路检测，是100%筛选测试的标准项目直流参数测试测量产品的各项直流电气参数，包括输入输出电压阈值、漏电流、静态功耗等这些参数反映了产品在静态条件下的基本性能，对发现制造缺陷和工艺偏移非常有效测试通常在特定温度条件下进行，以确保产品在规定工作温度范围内正常运行功能测试验证产品是否能按设计要求执行所有功能测试向产品输入一系列预定义的测试向量，并比对输出结果与预期值功能测试可在不同的电压和温度条件下进行，以验证产品在各种工作条件下的可靠性高端产品还会进行边界扫描测试，检查内部逻辑电路的连接性动态参数测试测量产品在高频工作状态下的性能参数，包括时序参数如建立时间、保持时间、频率响应、信号完整性等随着产品工作频率提高，动态测试变得越来越重要先进的射频产品还需进行特殊的射频性能测试，如S参数测试、噪声系数测试等可靠性测试

6.2测试名称测试条件加速机制测试时间评估目标高温贮存HTS150°C无偏置热激活失效1000小时材料老化、界面稳定性高温高湿偏置85°C/85%RH湿热和电迁移1000小时湿气敏感性、THB带偏置腐蚀机制温度循环TC-65°C至150°C热机械应力500-1000循环界面结合强度、循环应力开裂高温工作寿命125°C最大电压电压和温度加1000小时电气参数漂移、HTOL速芯片失效非偏置高加速130°C/85%R极端湿热环境96小时封装材料防湿应力测试H无偏置性能uHAST可靠性测试采用加速老化原理，在短时间内模拟产品长期使用过程中可能面临的各种环境和电气应力通过统计分析测试结果，可以预测产品在正常使用条件下的预期寿命和失效率大部分可靠性测试基于JEDEC或IPC等标准组织制定的行业标准环境测试

6.3湿气敏感性分级测试机械冲击与振动测试焊接热应力测试MSL评估封装对大气湿气的敏感程度，对评估产品在运输、装配和使用过程中模拟产品在SMT组装过程中经历的热回流焊接前的储存和处理要求至关重承受机械冲击和振动的能力机械冲应力测试包括回流焊接模拟最高温要测试将产品在特定温湿度条件下击测试通常采用1500G/

0.5ms的半度可达260°C和波峰焊接模拟最高预处理如30°C/60%RH192小时，正弦波脉冲；振动测试则使用随机频温度约245°C对于无铅制程，温度然后进行三次回流焊接模拟，最后检谱或扫频正弦振动，频率范围从通常更高测试不仅评估产品在高温查是否出现开裂、分层等缺陷根据20Hz到2000Hz不等测试后检查下的耐受能力，还验证引脚可焊性和结果将产品分为8个等级1-

6、6a和产品外观和功能，确保无损伤包封材料的热稳定性6b，等级越高表示越敏感盐雾测试与特殊环境测试评估产品在特殊环境下的抗腐蚀能力盐雾测试在5%氯化钠溶液喷雾环境中进行，可持续24-96小时其他特殊环境测试包括硫化测试H2S气体环境、混合气体测试和臭氧老化测试等，主要用于汽车、工业和户外应用的产品第七章三维封装技术技术背景随着摩尔定律放缓，通过芯片尺寸缩小获得性能提升变得愈发困难，三维封装技术作为超越摩尔的关键方向兴起三1维封装通过在垂直方向叠加多个芯片，实现更高的集成度、更短的互连距离和更小的封装体积核心技术三维封装的关键技术包括硅通孔、芯片堆叠、中介层重分布和微凸点互连等这TSV RDL2些技术使不同功能的芯片可以高密度集成在一起，形成具有全新架构的三维系统应用优势三维封装相比传统封装，具有更高的集成度、更短的信号传输路径降3低延迟和功耗、更小的封装尺寸和异质集成能力特别适用于高性能计算、移动设备、人工智能加速器和存储器堆栈等应用领域硅通孔技术（）

7.1TSV工艺流程关键挑战应用案例制备主要包括通孔形成、绝缘层沉积、阻技术面临多项挑战通孔蚀刻的高深宽比技术已在高带宽存储器、图像传感TSV TSVTSV HBM挡层/种子层沉积、铜填充和背面工艺等步骤要求；绝缘层的良好覆盖性；铜填充过程中的器、MEMS和

2.5D/3D集成电路中得到应用通孔可通过激光钻孔、干法刻蚀或湿法刻蚀形空洞控制；TSV周围的硅应力管理铜泵效应如NVIDIA和AMD使用TSV技术在硅中介层上成，直径从2μm到100μm不等，深宽比可达；以及晶圆翘曲和芯片-封装相互作用CPI集成GPU和HBM内存；三星和SK海力士利用10:1至20:1填充材料主要为电镀铜，也可使等这些挑战需要先进的材料和工艺技术来解TSV实现DRAM存储器的垂直堆叠，大幅提升用钨或多晶硅等替代材料决存储密度和带宽；索尼开发的堆叠式CMOS图像传感器通过实现像素阵列与逻辑电路的TSV分离优化芯片堆叠技术

7.2芯片到芯片堆叠封装到封装堆叠1直接将多个裸片垂直叠加将已封装芯片再次堆叠2晶圆到晶圆堆叠芯片到晶圆堆叠4整片晶圆直接键合3芯片贴装到完整晶圆上芯片堆叠是三维封装的核心技术之一，通过在垂直方向堆叠多个芯片，实现高密度集成和异质功能组合根据堆叠对象，可分为芯片到芯片、D2D芯片到晶圆、晶圆到晶圆和封装到封装等方式不同堆叠方式适合不同的应用场景和产量要求D2W W2W P2P芯片间的互连方式包括金属键合金金热压焊或铜铜热压焊、微凸点互连如焊球、铜柱等和穿孔连接先进的堆叠技术可实现薄至--C4TSV30μm芯片的多层堆叠，层间距最小可达10μm面临的主要挑战包括热管理、测试策略、良率控制和成本优化等扇出型封装（）

7.3Fan-Out技术原理扇出型封装是一种将芯片重分布层RDL延伸到芯片边界之外的先进封装技术，实现了比芯片本身更大面积的I/O分布，解决了高I/O密度芯片的互连挑战与传统BGA和CSP相比，扇出型封装无需基板和引线键合，互连路径更短，电气性能更优工艺流程主要工艺路线包括芯片优先Chip-First和基板优先RDL-First两种芯片优先工艺将芯片先嵌入临时载体或模塑料中，然后进行RDL制作；基板优先工艺则先在载体上制作RDL层，然后将芯片面朝下贴装代表性技术包括台积电的InFO、格芯的FX-FOWLP和安世半导体的ASEN WLFO等多维扩展扇出型封装正向多维方向发展水平扩展实现多芯片集成，形成扇出型系统级封装FOSIP；垂直扩展通过多层RDL和芯片堆叠，形成3D FOWLP；面板级制造FOPLP通过使用大尺寸载体如500×500mm提高生产效率，降低成本应用前景扇出型封装技术已在移动处理器、射频前端模块和电源管理芯片等领域取得商业成功如苹果A系列处理器、高通骁龙系列移动平台都采用了扇出型封装技术随着工艺成熟度提高和成本优化，扇出型封装将进一步拓展到高性能计算、汽车电子和物联网等多个领域第八章封装技术趋势微型化与薄型化随着消费电子产品向超薄、轻量方向发展，封装尺寸持续缩小，厚度不断降低芯片缩减至20μm以下，封装总厚度向200μm以下发展微型化同时带来热管理、应力控制和可靠性保证等新挑战高密度集成通过三维堆叠、异质集成和系统级封装技术，在有限空间内实现更多功能集成先进封装成为系统集成的关键平台，逐渐模糊了芯片与封装的传统界限，向超级芯片方向发展性能优化高速、高频、低功耗成为封装设计的核心目标通过优化材料、结构和互连方式，降低信号损耗，提高带宽，减少功耗新型封装结构如桥接芯片、嵌入式硅桥接技术助力实现更高性能智能制造人工智能、大数据和自动化技术深度融入封装制造过程，实现智能排产、实时监控和预测性维护先进的传感和检测系统保证高良率和一致性，适应多品种、小批量的生产需求封装微型化

8.1封装体积mm³芯片与封装面积比I/O密度每mm²封装微型化是持续的技术趋势，通过减小封装尺寸和厚度，提高集成度，满足终端产品小型化、轻薄化需求关键技术包括晶圆超薄化20μm以下、细间距互连小于30μm、薄型模塑100μm以下和低剖面组件微型化技术不仅应用于消费电子，也拓展到医疗植入设备、可穿戴设备和物联网节点等领域然而微型化也带来热管理、测试难度和可靠性控制等挑战，需要通过材料创新和结构优化来解决高密度集成

8.2二维高密度集成三维高密度集成通过精细间距基板、窄邦线和超小微凸点技术，提高单位面积上通过垂直方向的芯片堆叠和硅通孔互连技术，在相同占板面积下的布线密度和元件集成度先进的印制电路板技术如HDI板大幅提高集成度先进的TSV技术可实现直径小于5μm、长度超High DensityInterconnect和嵌入式技术使得线宽/线距可过50μm的通孔，使多层芯片高效互连晶圆级封装和扇出型封装达15/15μm以下，大幅提高布线密度超薄介质层小于10μm和通过重分布层技术实现更高密度的互连嵌入式三维封装技术将细微通孔小于25μm是实现高密度集成的关键工艺无源组件和有源芯片嵌入基板内部，进一步提高集成度高密度集成封装面临的挑战包括热管理复杂性、电磁干扰增加和测试难度提升等行业正通过先进材料开发如高导热绝缘材料、电磁兼容性设计和创新测试技术如内置自测试来应对这些挑战异质集成

8.3技术路线定义与意义主要包括晶圆级异质集成采用晶圆键合技术、异质集成是指将不同工艺、不同功能的芯片或集成采用硅中介层或有机基板和异

2.5D3D器件集成在同一封装中的技术它打破了传统质集成采用技术根据集成需求和规模，TSV集成电路设计的材料和工艺限制，使得各类优12可选择不同工艺路线近年来，芯粒Chiplet化器件能够高效协同工作，实现在单一制程技技术作为异质集成的重要实现方式受到广泛关术中难以达到的系统功能和性能注未来趋势应用场景异质集成将向更精细集成度、更多元化功能组异质集成广泛应用于高性能计算、人工智能加合和更高效链接方向发展标准化接口规范如速器、通信系统和传感器系统等领域如集成43的建立将促进芯粒生态系统发展；先进核心、加速器、高带宽存储和射频收发UCIe CPUAI封装平台将逐渐承担部分传统集成电路设计的模块的系统级封装；集成MEMS传感器、功能；定制化异质集成将满足特定应用需求，ASIC和射频芯片的智能传感节点；以及集成如AI芯片与光学器件的集成硅基和化合物半导体器件的射频前端模块等先进散热技术

8.

42151.5热功率密度散热技术梯度CPU W/cm²K·mm/W高性能计算芯片的热功率密度持续攀升，从早期现代先进封装通过优化热设计，将散热路径热阻的几十W/cm²增长到现在的超过200W/cm²，梯度从传统的5-10K·mm/W降低到

1.5预计未来5年将突破300W/cm²这使得传统散K·mm/W以下这种性能提升主要得益于材料热方式已无法满足需求，先进封装必须整合创新创新和结构优化，如开发导热系数超过10散热解决方案W/m·K的导热胶和采用导热通道设计15微流体散热倍增系数硅基微流体散热技术通过在芯片或封装中集成微流道，使冷却液直接流经热源附近，散热效率比传统风冷高15倍以上这种技术特别适合高热流密度场景，如数据中心服务器、AI加速器和高性能GPU等第九章封装工艺挑战技术挑战生产挑战随着封装向更小尺寸、更高密度和更先进封装的生产挑战包括良率控制、复杂结构发展，工艺控制难度呈指数测试难度提高和柔性生产需求异质级增长亚微米级精度对齐、纳米级集成导致已知良好芯片KGD筛选表面粗糙度控制和复杂三维结构制备变得至关重要，单一缺陷可能造成整等都超出了传统封装工艺能力范围个系统失效大批量生产中保持一致材料兼容性、界面可靠性和应力管理性和可靠性需要先进的制程控制和质成为关键问题量管理系统成本挑战先进封装面临成本与性能平衡的压力高端封装设备投资巨大，材料成本持续上升，研发周期延长，导致初期成本高企在保持技术先进性的同时降低成本，成为行业面临的重大挑战，需要从设计、材料和工艺多方面寻求优化技术挑战

9.1精细线宽与间距控制高深宽比通孔制备12先进封装中重分布层RDL线宽/线距持续缩小，已达到2/2μm水平，向三维封装中的TSV和基板通孔要求高深宽比，典型值从10:1提高到30:1以上1/1μm发展这对光刻精度、显影工艺和蚀刻控制提出极高要求同时，如这增加了钻孔/蚀刻、绝缘层沉积和金属填充的难度尤其是金属填充过程中此细微的线条容易受到电迁移和应力迁移的影响，降低可靠性解决方案包的空洞控制和应力管理成为关键挑战行业正通过脉冲电镀技术、特殊添加括采用半导体级光刻设备、先进的电镀添加剂系统和优化导线截面形状等剂配方和多步填充策略来克服这些困难热管理与匹配超薄芯片处理3CTE4随着功率密度提高和结构复杂化，封装内热点温度控制变得更加困难同时，超薄芯片30μm的处理和堆叠是三维封装的核心挑战这些薄芯片极易破不同材料间热膨胀系数CTE不匹配导致的应力成为可靠性杀手创新解决方损，且在搬运过程中容易发生翘曲、褶皱和划伤临时载体键合技术、激光案包括开发导热系数超过20W/m·K的填充材料、集成微流体冷却通道和采剥离方法和特殊芯片拾取工具的开发正逐步解决这些问题未来可能采用晶用低应力封装结构，如基板翘曲控制和应力缓冲层设计圆级薄化和直接堆叠工艺，避免单片超薄芯片处理成本挑战

9.2规模经济通过产能扩张降低单位成本1设计优化2设计简化和标准化降低复杂度材料创新3开发性价比更高的替代材料工艺改进4提高良率和生产效率设备升级5提高设备产能和精度先进封装的成本控制是产业化的关键挑战目前高端封装技术如

2.5D和3D TSV的成本比传统封装高出数倍至十余倍，限制了其广泛应用成本压力主要来自设备投资大、材料昂贵、良率低和研发周期长等因素行业正通过多种策略降低成本开发低成本面板级封装PLP替代晶圆级工艺；建立标准化设计和接口规范降低定制成本；采用设计仿真优化减少物理试验；开发新型低成本材料如低温聚合物介质；提高测试效率降低筛选成本这些努力正逐步降低先进封装技术门槛，推动其向中端市场渗透未来发展方向

9.3超微细互连智能封装绿色封装跨领域融合封装互连尺寸将向亚微米级发展，最未来封装将不再是被动载体，而是具环保、可持续的封装技术将成为主流封装技术将与其他领域深度融合，如终可能达到100nm级，接近前道工艺备主动功能的系统组件通过集成传包括开发可再生或可降解封装材料；光电集成封装、生物相容封装和量子的互连尺寸这将模糊芯片和封装的感器、微型天线、能量收集器和微处设计易于拆解和再利用的模块化封装；芯片封装等特别是生物电子领域，边界，形成真正的系统级集成相关理单元，封装本身将具备感知环境、降低生产过程能耗和废弃物排放；延需要开发与人体组织兼容的生物降解技术包括直接铜-铜键合、纳米级重分通信和自我诊断能力自适应封装可长产品使用寿命的可靠性设计等这材料和超柔性封装，支持植入式医疗布层和光学/无线互连等根据工作状态调整性能参数，如主动些技术将显著降低电子产品的环境足设备发展散热控制和功耗管理迹总结与展望集成电路封装技术已从简单的芯片保护工具，发展成为系统集成的关键平台从传统的引线框架封装到先进的三维异质集成系统，封装技术的革新推动了电子产品的小型化、高性能化和多功能化未来封装技术将围绕更高密度、更低功耗、更强性能和更好可靠性持续发展超微细互连、光电融合、生物电子兼容性和智能化将成为重点研究方向同时，中国将加速发展自主可控的先进封装能力，推动产业链安全稳定和技术创新封装技术的创新将为人工智能、物联网、生物医疗和量子计算等前沿领域提供坚实支撑，成为驱动下一代电子信息技术革命的关键力量。