传统封装的目的是将切割好的芯片做固定、引线和封闭保护。但随着芯片集成度的提高等因素，先进封装被提出，本文以此为背景，简述封装工艺和相关设备。

  晶圆大多是非常脆的硅基材料，直接拿取是非常容易脆断的，所以必须封装起来，并且把线路与外部设备连接，才能出厂。本文详述芯片的封装工艺和相关的设备。

  封装听起来似乎就是包装，好像最简单。封装与蚀刻和沉积相比，在某些特定的程度上是要简单一点，但封装同样是一个高科技的行业。

  。但随着半导体技术的加快速度进行发展，芯片厚度减小、尺寸增大，及其对封装集成敏感度的提高，基板线宽距和厚度的减小，互联高度和中心距的减小，引脚中心距的减小，封装体结构的复杂度和集成度提高，以及最终封装体的小型化发展、功能的提升和系统化程度的提高。越来越多超越传统封装理念的先进封装技术被提出。先进封装(Advanced Packaging)是本文讨论的重点。

  我们先了解一下传统封装，这有利于更好地理解先进封装。传统封装技术发展又可细分为三阶段。

  其特点是引线代替针脚，引线为翼形或丁形，两边或四边引出，节距 1.27-0.44mm，适合 3-300 条引线，以小外形封装（SOP）和四边引脚扁平封装（QFP）为代表；

  在单一芯片工艺上，以焊球阵列封装（BGA）和芯片尺寸封装（CSP）为代表，采用“焊球”代替“引脚”，且芯片与系统之间连接距离快速缩短。在模式演变上，以多芯片组件（MCM）为代表，实现将多芯片在高密度多层互联基板上，用表面贴装技术组装成多样电子组件、子系统。

  自20世纪90年代中期开始，基于系统产品不断多功能化的需求，同时也由于芯片尺寸封装（CSP）封装、积层式多层基板技术的引进，集成电路封测产业迈入三维叠层封装（3D）时代。这个发展阶段，先进封装应运而生。

  先进封装提高加工效率，提高设计效率，减少设计成本。先进封装工艺技术最重要的包含倒装类（FlipChip,Bumping），晶圆级封装（WLCSP，FOWLP，PLP），2.5D封装（Interposer）和3D封装（TSV）等。以晶圆级封装为例，产品生产以圆片形式批量生产，可通过现有的晶圆制备设备，封装设计可以与芯片设计一次进行。这将缩短设计和生产周期，降低成本。

  先进封装以更高效率、更低成本、更好性能为驱动。先进封装技术上通过以点带线的方式实现电气互联，实现更高密度的集成，大大减小了对面积的浪费。SiP技术及PoP技术奠定了先进封装时代的开局，如Flip-Chip（倒装芯片）， WaferLevelPackaging（WLP，晶圆级封装），2.5D封装以及3D封装技术，ThroughSiliconVia（硅通孔，TSV）等技术的出现进一步缩小芯片间的连接距离，提高元器件的反应速度，未来将继续推进着先进封装的进步。

  。3D封装会综合使用倒装、晶圆级封装以及 POP/Sip/TSV 等立体式封装技术，其发展共划分为三个阶段：

  第三阶段：采用硅通孔技术实现芯片堆叠。3D封装能够最终靠两种方式实现：封装内的裸片堆叠和封装堆叠。封装堆叠又可分为封装内的封装堆叠和封装间的封装堆叠。

  层次1（裸芯片）它是特指半导体集成电路元件（IC芯片）的封装，芯片由半导体厂商生产，分为两类，一类是系列标准芯片，另一类是针对系统用户特别的条件的专用芯片，即未加封装的裸芯片（电极的制作、引线的连接等均在硅片之上完成）。

  分为单芯片封装和多芯片封装两大类。前者是对单个裸芯片进行封装，后者是将多个裸芯片装载在多层基板（陶瓷或有机材料）上进行气密闭封装构成MCM。

  它是指构成板或卡的装配工序。将多个完成层次2的单芯片封装在PCB板等多层基板上，基板周边设有插接端子，用于与母板及其它板或卡的电气连接。

  将多个完成层次3的板或卡，通过其上的插接端子搭载在称为母板的大型PCB板上，构成单元组件。

  它是将多个架并排，架与架之间由布线或电缆相连接，由此构成大型电子设备或电子系统。

  了解了封装的工艺，再来看看有哪些实际的操作要做，所需的设备就明确了。这里按工艺步骤列举一些：

  1、裸片堆叠。需要晶圆级叠片机。这是一个对可靠性要求极高的设备，因为线路完成后的晶圆很昂贵，而且非常易碎，更重要的对叠片的精度要求更高。目前还没有孤傲产量产的设备。2、晶圆切割，将Wafer切割成单个芯片。常见有切割机（Saw锯切）、划片机、激光切割机等。3、芯片堆叠。这个设备的难度在于精度和速度。目前国内有很多家厂商在研发这类设备，主要还是速度（产能）方面的差距。

  4、、封装级光刻和刻蚀。这是光刻技术练兵的场所，这里的光刻精度是微米级的，精度高一点的也达到了0.1微米。

  5、贴片（把芯片放在基板上）。这一过程需要用到点胶机，贴片机/固晶机/键合机等主要设备，还要用到印刷机，植球机，回熔焊，固化设备，压力设备，清理洗涤设施等。

  7、置散热片、散热胶、外壳。这一过程也要用到点胶，灌胶，植片机/固晶机/贴片机，压合设备，清理洗涤设施等主要设备。

  清洗的优劣，决定着产品的良率，性能及可靠性。有时更决定着工艺过程的成败。

  接触芯片的零件的清洗，对尘埃、油污的要求，都是绝对严苛的，有的还要对零件表面的挥发气体做测量，对表面对不同物质的亲合性做测量。而要达到这些要求，对清洗工艺的要求也往往很复杂。一条清洗线也动辄十几道 ，几十道工艺过程，对零件进行物理的、化学的、生物级别的清洗与干燥。

  涂胶的工艺的特性主要的还是决定于胶水的特性。在这里我们只谈设备，不谈耗材。

  我们常听说的那些高大上的光刻机，是指晶圆级别上用来刻蚀芯片电路的。封装过程也要用到光刻机，需要制作用于定位和精确定位芯片的封装模板。光刻机能够适用于制作这些封装模板的微米级图案。光刻机通过曝光光刻胶和进行显影的过程，将图案精确地转移到封装模板上。封装过程所用光刻机线nm的都能用了。

  芯片键合机，是把芯片与基板连接在一起的设备，有两种主要的方式，Wire Bond和Die Bond。Wire Bond设备通常被称作绑线机，绑线机是用金属引线把IC上的引脚与基板（Substrate）的引脚进行连接的设备。这个工艺中使用的金属细线通常只有几十微米，一根一根把金属丝熔融在引脚上。这样的一个过程在引脚多的芯片上就很耗时。

  Die Bond设备有时被称作贴片机或固晶机机。Die Bond是近些年才发展起来的技术，是通过金属球阵列来进行连接，就是常说的BGA技术（Ball Grid Array）。Die Bond的连接方式效率更加高，一次性可以连接所有引脚，所以生产数百数千引脚的芯片也很方便。还有就是Die Bond封装更加紧凑，所以Die Bond是未来芯片键合的主要方式。

  除此之外，贴片还指应用于裸芯片（Die）的贴装技术，是指将晶圆片上没有封装或保护层的晶片（裸芯片）贴装到基板上的过程。这些芯片通常由硅等材料制造成，并通过刻蚀、沉积、光刻等工艺加工而成。

  裸芯片贴装是一种高精度、高技术上的含金量的制作的完整过程，在贴片过程中，由于裸芯片缺乏封装保护，对裸芯片的测试和组装要求更高，需要专门的贴片机设备和技术来确保其可靠性和稳定能力。裸芯片贴装技术常用于高性能计算、光通信、存储和其他应用领域，其中需要更高的解决能力和集成度。