半导体封测展|带你了解技术前沿——半导体封测
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。半导体封测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。下面半导体封测展小编就来详细聊一聊半导体封测。
半导体封测展浅谈半导体封装产业背景
封测在半导体行业中的位置
集成电路是电子信息产业的基石，而IC设计作为集成电路产业链上游，是最具发展活力和创新的重要环节，具有高投入、高风险、高产出的特点。
近年来中国芯片设计产业在提升自给率、政策支持、规格升级与创新应用等要素的驱动下，保持了高速成长的趋势。根据半导体封测展小编了解，我国芯片设计行业保持了较快的增长态势。根据芯片的制造流程，分为主产业链和支撑产业链。主产业链分为设计、制造和封测。其中，芯片设计是关键，芯片制造最难突破，芯片封测国内已经发展到全球先进水平。支撑产业链包括IP、EDA、材料和设备。
芯片设计 - 芯片制造主产业链关键环节
芯片设计在集成电路产业链的上游顶端，行业公司具有较大的价值量，行业整体呈现出“小而美”的特征，是半导体产业链中赚钱的环节。整体毛利率都在30%以上，都属于轻资产模式，固定资产周转率及ROE水平处于相对较高位置。其包含电路设计、版图设计和光罩制作。设计方面的主要环节是电路设计，需要考虑多方面因素以及涉及多元知识结构。版图设计和光罩制作可以借助计算机程序。芯片设计主要由于芯片核心的底层架构（知识产权和技术壁垒）被掌握在少数厂商手中，专利费可能达到设计成本的50%以上。
芯片设计流程
芯片设计流程主要可分为前端设计与后端设计，其中前端设计（也称为逻辑设计）主要涉及芯片的功能设计，后端设计（也称为物理设计）主要涉及工艺有关的设计，使其成为具备制造意义的芯片。
半导体封测展浅谈为什么要进行封测？
封装是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合、电镀等一系列工艺，以保护晶圆上的芯片免受物理、化学等环境因素造成的损伤，增强芯片的散热性能，以及将芯片的I/O端口引出的半导体产业环节。
封装本质上是集成电路产业链中赚钱最难的行业，需要通过不断加大投资来赚取每一块钱上的边际增量，技术门槛低，规模效应使得龙头增速快于小企业。当前封装仍然是一个处于不断增长中的增量市场，先进封装是增量主要来源。
在后摩尔定律时代，芯片制程的特征尺寸逐渐接近物理极限，以SiP、3D堆叠等为代表的先进封装技术成为延续摩尔定律的途径之一，由此带动封装在电子系统内的功能定位逐步升级。测试是保障成品质量稳定、控制系统损失的关键工艺。
测试主要是对芯片、电路等半导体产品的功能和性能进行验证的步骤，其目的在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的半导体产品筛选出来，以确保交付产品的正常应用。集成电路封装技术的演进主要为了符合终端系统产品的需求，为配合系统产品多任务、小体积的发展趋势，集成电路封装技术的演进方向即为高密度、高脚位、薄型化、小型化。
半导体封测展小编觉得，封测的意义重大，获得一颗IC芯片要经过从设计到制造漫长的流程，然而一颗芯片相当小且薄，如果不在外施加保护，会被轻易的刮伤损坏。此外，因为芯片的尺寸微小，如果不用一个较大尺寸的外壳，将不易以人工安置在电路板上。而这个时候封测技术就派上用场了。
封测有着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，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测外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封测对集成电路起着重要的作用。
半导体封测展浅谈封测的作用
1、保护
半导体芯片的生产车间都有非常严格的生产条件控制，恒定的温度、恒定的湿度、严格的空气尘埃颗粒度控制及严格的静电保护措施，裸露的装芯片只有在这种严格的环境控制下才不会失效。但是，我们所生活的周围环境完全不可能具备这种条件，低温可能会有-40°C、高温可能会有60°C、湿度可能达到100%，如果是汽车产品，其工作温度可能高达120^C以上。同时还会有各种外界的杂质、静电等等问题会侵扰脆弱的芯片。所以需要封测来更好的保护芯片，为芯片创造一个好的工作环境。
2、支撑
支撑有两个作用，一是支撑芯片，将芯片固定好便于电路的连接，二是封测完成以后，形成一定的外形以支撑整个器件、使得整个器件不易损坏。
3、连接
连接的作用是将芯片的电极和外界的电路连通。引脚用于和外界电路连通，金线则将引脚和芯片的电路连接起来。载片台用于承载芯片，环氧树脂粘合剂用于将芯片粘贴在载片台上，引脚用于支撑整个器件，而塑封体则起到固定及保护作用。
4、散热
增强散热，是考虑到所有半导体产品在工作的时候都会产生热量，而当热量达到一定限度的时候便会影响芯片的正常工作。事实上，封装体的各种材料本身就可以带走一部分热量，当然，对于大多数发热量大的芯片，除了通过封测材料进行降温外，还需要考虑在芯片上额外安装一个金属散热片或风扇以达到更好的散热效果。
5、可靠性
任何封装都需要形成一定的可靠性， 这是整个封装工艺中最重要的衡量指标。原始的芯片离开特定的生存环境后就会损毁，需要封装。芯片的工作寿命，主要决于对封装材料和封装工艺的选择。
半导体封测展浅谈封测技术及发展方向
（一）封测生产流程
晶圆代工厂制造完成的晶圆在出厂前会经过一道电性测试，称为晶圆可接受度测试，WAT 测试通过的晶圆被送去封测厂。封测厂首先对晶圆进行中测。由于工艺原因会引入各种制造缺陷，导致晶圆上的裸 Die 中会有一定量的残次品， CP 测试的目的就是在封装前将这些残次品找出来，缩减后续封测的成本。在完成晶圆制造后， 通过探针与芯片上的焊盘接触，进行芯片功能的测试，同时标记不合格芯片并在切割后进行筛选。CP 测试完成后进入封装环节，封装工艺流程一般可以分为两个部分，用塑料封装之前的工艺步 骤称为前段操作，在成型之后的工艺步骤称为后段操作。基本工艺流程包括晶圆减薄、晶圆切割、 芯片贴装、固化、芯片互连、注塑成型、去飞边毛刺、上焊锡、切筋成型、打码等。因封装技术 不同，工艺流程会有所差异，且封装过程中也会进行检测。封装完成后的产品还需要进行终测 ，通过 FT 测试的产品才能对外出货。
（二）半导体封装类型
根据封装材料的不同，半导体封装可分为塑料封装、金属封装、陶瓷封装和玻璃封装。塑料 封装是通过使用特制的模具，在一定的压力和温度条件下，用环氧树脂等模塑料将键合后的半成品封装保护起来，是目前使用最多的封装形式。金属封装以金属作为集成电路外壳，可在高温、 低温、高湿、强冲击等恶劣环境下使用，较多用于军事和高可靠民用电子领域。陶瓷封装以陶瓷 为外壳，多用于有高可靠性需求和有空封结构要求的产品，如声表面波器件、带空气桥的 GaAs 器件、MEMS 器件等。玻璃封装以玻璃为外壳，广泛用于二极管、存储器、LED、MEMS 传感 器、太阳能电池等产品。其中金属封装、陶瓷封装和玻璃封装属于气密性封装，能够防止水汽和 其他污染物侵入，是高可靠性封装；塑料封装是非气密性封装。
根据封装互连的不同，半导体封装可分为引线键合（适用于引脚数 3-257）、载带自动焊（适 用于引脚数 12-600）、倒装焊（适用于引脚数 6-16000）和埋入式。引线键合是用金属焊线连接 芯片电极和基板或引线框架等。载带自动焊是将芯片上的凸点与载带上的焊点焊接在一起，再对 焊接后的芯片进行密封保护的一种封装技术。倒装焊是在芯片的电极上预制凸点，再将凸点与基 板或引线框架对应的电极区相连。埋入式是将芯片嵌入基板内层中。
堆叠封装属于封装外封装，是指纵向排列的逻辑和储存元器件的集成电路封装形式，它采用两个或两个以上的BGA堆叠，一般强抗下逻辑运算位于底部，储存元器件位于上部，用焊球将两个封装结合，主要用于制造高级便携式设备和智能手机使用的先进移动通讯平台。
硅通孔技术也是一种电路互联技术，它通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。TSV是2.5D和3D封装的关键技术。
系统级封装技术是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。与系统级芯片相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式，而 SOC则是高度集成的芯片产品。
整体而言，封装技术经历了由传统封装向先进封装演进。目前全球集成电路主流封装技术为第三代封装技术，即BGA（球栅阵列封装）、CSP（芯片级封装）、FC（倒装芯片）。其中倒装芯片封装技术被认为是推进低成本、高密度便携式电子设备制造所必需的项工艺，已广泛应用于消费类电子领城。而第四代封装技术，WLP（晶圆级封装）、TSV（硅通孔技术）、SIP（系统级封装）等仍在小规模推广中，半导体封测展小编觉得，在技术升级下它们也将会成为未来封装方式的主流。