作者：蒂莫西-奥尼尔和盖尔-托维尔
半导体制造的一个重要方面是对集成电路进行封装，以保护其免受物理损坏和腐蚀，同时提高其性能并缩小尺寸。围绕这种先进半导体封装（ASP）的技术不仅对现代电子设备的功能至关重要，而且对其经济可行性也至关重要。
在此，我们将介绍各种封装技术和方法，包括如何将焊接产品集成到这些工艺中，同时阐明 ASP 与表面贴装技术 (SMT) 之间不断发展的融合。
先进半导体封装类型
首先，让我们来探讨一下 ASP 的一些主要类型，包括其独特的方法和应用。
倒装芯片封装
倒装芯片封装是一种将半导体芯片 "翻转 "成面朝下与基板或电路板连接的方法。这种方法可实现更短的互连，这对于智能手机和计算设备等高速、高性能应用至关重要。焊接凸点是创建这些连接的常用方法。
扇出式晶圆级封装（FOWLP）
FOWLP 是一种尖端技术，可提高 I/O 密度，而无需内插器或基板。这种方法是在将晶圆切成单个芯片之前先将其扩大，从而实现每个芯片更多的连接。通常情况下，在切割前的最后一步是在再分布层上形成焊球。
系统级封装（SiP）
系统级封装（SiP）技术将多个集成电路（IC）和无源元件封装到一个封装中，有效地在单个模块中创建了一个系统。这种封装方法将处理器、内存和传感器等通常分散在电路板上的不同元件集成在一起，从而大大节省了空间并提高了性能。与倒装芯片封装一样，焊接凸块可用于将堆叠芯片相互连接或连接到基板上。
封装上封装（PoP）
封装上封装（PoP）是一种封装技术，在这种技术中，两个或多个封装垂直堆叠，焊球为封装间的连接提供便利。这种方法通常用于移动设备，通过将内存芯片直接堆叠在处理器上，在节省空间的同时增加功能。
3D 和 2.5D 包装
三维封装是将硅晶圆或芯片堆叠在一起，利用硅通孔（TSV）或其他类型的连接将它们垂直互连，从而缩短数据路径并提高性能。相比之下，2.5D 封装则是将多个集成电路放置在连接到主基板的中间件（硅桥）上。这种方法有利于芯片之间的高速通信，而无需完全垂直集成。焊接微凸块或小焊球通常有助于连接。
半导体封装中的芯片和晶粒连接
晶粒贴装是将半导体晶粒安装在封装内，并在晶粒和基底之间建立稳固的机械和电气连接的过程。这种连接对于器件的热管理和整体可靠性至关重要。
在此，我们将探讨各种连接方法，重点介绍焊料与业内使用的其他技术的作用。
键合线
键合线是在半导体裸片和引线框架或封装引脚之间建立电气连接的传统方法。这些细线通常由金、铝或铜制成，可精确地将芯片上的微小键合焊盘与封装上的较大接触点连接起来。虽然键合线在许多应用中都很有效，但它可能成为微型化的一个限制因素，而且容易受到机械应力的影响。
烧结
烧结是一种利用金属颗粒在芯片和基板之间形成牢固结合的工艺，而不会完全熔化材料。这种技术尤其适用于对导热性和导电性要求极高的大功率应用。例如，与传统焊料相比，银烧结具有出色的热管理特性和可靠性，尤其是在高温环境下，因此备受青睐。
焊接
焊料仍然是半导体封装中最常用的元件连接材料之一。它能在相对较低的温度下提供可靠的导电和机械结合。在回流焊之前，焊料可以喷射、印刷、浸渍或以焊球的形式放置在粘性助焊剂上。
其他粘合剂
除金属粘合剂外，半导体封装中还使用各种聚合物粘合剂。这些粘合剂包括导电粘合剂（ECA）和非导电粘合剂（NCA），根据其热、机械和电气特性进行选择。这些粘合剂尤其适用于在组装过程中需要较低温度的应用，从而防止损坏敏感元件。
每种连接方法都有其特定的优势和局限性，而且通常会同时使用多种技术来满足现代电子设备的不同需求。例如，为有效管理热负荷，设备可能同时使用焊料进行电路板级连接和烧结进行芯片连接。
半导体封装中的焊点凸起
焊料凸点是半导体封装中的一种常见工艺，它是指在芯片或晶片的接触焊盘上放置小焊料球或 "凸点"。这些凸点是半导体晶粒与封装基板或堆叠配置中的另一个晶粒之间的连接点。
凸焊通常有助于实现更精细的间距互连，这在器件日益微型化和复杂化的过程中至关重要。在此，我们将详细介绍焊接凸点工艺中的几项关键技术。
晶圆凸起
晶圆凸点是指在将晶圆切割成单个芯片之前，在晶圆上沉积焊料凸点。这一工艺是倒装芯片技术不可或缺的一部分，在倒装芯片技术中，芯片是倒置安装的，凸点直接连接到基板上。晶圆凸点处理可采用多种方法：
- 电镀：将焊料电化学沉积到晶片焊盘上的方法。这种技术具有高度可控性，可实现统一的凸点高度和成分，这对高密度互连至关重要。
- 钢网印刷：与 PCB 组装中应用焊膏的方式类似，钢网印刷也可用于晶圆凸点。这种方法适应性强，成本效益高，适用于不同的焊料合金和凸点尺寸。
- 喷射：一种先进的技术，使用喷嘴将焊料直接沉积到晶片焊盘上。这种方法精度高，适用于各种凸点尺寸。
铜柱撞击
铜柱凸点是焊料凸点的一种变体，它使用铜柱并在铜柱上覆盖少量焊料。由于铜具有优异的导电性和导热性，这种方法在高性能应用中越来越受欢迎。
在 2.5D 和 3D 集成电路封装中，铜柱凸块通常与微凸块或内插技术结合使用，以实现细间距互连。铜柱凸点中的焊帽采用电镀或印刷转移工艺，确保每个铜柱顶部都有精确的焊料量。
规模和重要性
焊接凸点的尺寸范围从直径大于 100 微米到小于 10 微米不等，可满足从基本电路组装到高级芯片连接的各种技术需求。焊接凸点技术的可扩展性使其可广泛应用于各种半导体器件，从坚固的电力电子器件到精密的可穿戴技术。
焊接凸点不仅对半导体元件的物理组装至关重要，而且对确保设备的运行完整性也至关重要。焊点的机械强度、导电性和热管理能力对器件的整体性能和耐用性至关重要。
ASP 和 SMT 的融合
随着技术的发展，ASP 和表面贴装技术 (SMT) 正在日益融合。这种融合带来了挑战，例如需要更高的精度和更强的热管理能力，但同时也为简化工艺和提高设备可靠性带来了机遇。
AIM Solder 站在这一融合的前沿，提供支持将 ASP 集成到传统 SMT 生产线的产品。我们将一如既往地致力于为客户提供优质的焊料产品和专业的技术支持，巩固我们在电子组装材料行业的领先地位。