半导体封装技术五大阶段解析及 半导体封装清洗剂介绍

半导体封装技术是连接芯片内部世界与外部电子系统的桥梁，其发展历程直接反映了电子产品在性能、尺寸、成本和功能上的演进需求。从最初的简单保护，到如今的系统级整合，封装技术已经从一个“配角”演变为提升芯片性能和系统集成度的“主角”。

其发展脉络可以清晰地划分为以下五个主要阶段：

第一阶段：通孔插装时代

• 时间： 20世纪70年代 - 80年代

• 核心特征： 引脚通孔插装，体积庞大

• 代表性技术：

• DIP： 这是最经典的双列直插式封装。芯片被固定在引线框架上，通过键合线连接芯片焊盘和框架引脚，然后使用陶瓷或塑料封装体进行包裹。引脚从封装体两侧引出，呈直线型，需要插入PCB板上的通孔中进行焊接。

• 主要功能：

• 保护： 保护脆弱的芯片免受机械、化学和环境影响。

• 电气连接： 实现芯片与电路板的电气互联。

• 散热： 初步的散热功能。

• 优缺点：

• 优点： 结构简单，可靠，便于手工焊接和测试。

• 缺点： 体积巨大，引脚数有限（通常低于100），不适用于高频、高密度应用。随着芯片I/O数量增加，其局限性日益明显。

第二阶段：表面贴装时代

• 时间： 20世纪80年代 - 90年代

• 核心特征： 引脚平面贴装，尺寸缩小

• 驱动力： 电子产品追求小型化、轻薄化。

• 代表性技术：

• SOP/QFP： 小外形封装和四侧引脚扁平封装。引脚从封装体的四侧或两侧引出，呈“海鸥翼”状或“J”形，直接贴装在PCB板的表面，无需钻孔。这大大提高了PCB的布线密度和组装效率。

• PLCC： 塑料有引线芯片载体，采用J形引脚，可以安装在插座上，便于测试和升级。

• 技术演进：

• 从通孔到表面贴装是封装技术的一次革命，为后续的高密度封装奠定了基础。

• I/O引脚数显著增加，支持更复杂的芯片。

• 优缺点：

• 优点： 尺寸更小，重量更轻，适合自动化大规模生产，提高了电路密度和电气性能。

• 缺点： 引脚间距持续缩小后，面临焊接工艺挑战（如桥接），并且封装体本身仍占据较大面积。

第三阶段：面积阵列封装时代

• 时间： 20世纪90年代 - 21世纪初

• 核心特征： 引脚从四周变为底部平面阵列分布，I/O密度大幅提升

• 驱动力： 芯片I/O数量爆发式增长，对封装密度和电性能提出更高要求。

• 代表性技术：

• BGA： 球栅阵列封装。这是里程碑式的技术。它将封装体底部的引脚从“线”或“边”变成了“面”，以焊球阵列的形式分布。这极大地增加了单位面积内的I/O数量，缩短了引脚到PCB板的距离，改善了电性能和散热。

• CSP： 芯片级封装。其封装尺寸不大于芯片尺寸的1.2倍，是BGA进一步小型化的成果。CSP在保持BGA优势的同时，实现了近乎芯片大小的封装体积，广泛应用于内存芯片和移动设备中。

• 技术演进：

• 从“周边”到“面阵”是理念的根本转变。

• 引入了倒装芯片技术，取代了传统的键合线。芯片正面朝下，通过凸块直接与基板连接，路径更短，电阻、电感更小，性能和散热能力更强。

• 优缺点：

• 优点： I/O密度极高，电性能和热性能优异。

• 缺点： 焊点隐藏在封装体下方，检测和维修困难，对焊接工艺（如回流焊）要求极高。

第四阶段：先进封装与系统级封装时代

• 时间： 21世纪初 - 2010年代

• 核心特征： 从二维到2.5D/3D，从单芯片到多芯片异构集成

• 驱动力： 摩尔定律放缓，“超越摩尔”成为发展方向。需要将不同工艺、不同功能的芯片（如逻辑芯片、内存、射频、传感器）集成在一起，实现系统级功能。

• 代表性技术：

• SiP： 系统级封装。将多个芯片（可能采用不同技术制造，如CMOS、GaAs等）和无源元件（电阻、电容、电感）通过封装技术集成在一个模块内，形成一个完整的、具有特定功能的子系统。它强调的是功能集成。

• 2.5D IC： 使用硅中介层或TSV转接板作为“桥梁”。多个芯片并排安装在硅中介层上，中介层内部通过TSV提供芯片间的高速垂直互连，再通过中介层下方的焊球连接到PCB。它实现了高密度、高性能的芯片间互联。

• Fan-Out： 扇出型封装。它将芯片嵌入到环氧树脂模塑化合物中，然后在晶圆表面重新构建高密度铜布线层，将芯片的I/O“扇出”到更大的区域。这使得可以在不使用昂贵基板的情况下实现多芯片集成和高I/O密度，代表技术有台积电的InFO。

• 技术演进：

• TSV 成为实现2.5D/3D集成的关键技术。

• 封装的目的从“保护与连接”升级为“系统整合与性能提升”。

第五阶段：异构集成与晶圆级系统时代

• 时间： 2010年代末至今及未来

• 核心特征： 3D堆叠、晶圆级集成、Chiplets（芯粒）理念

• 驱动力： 单一 monolithic 大芯片的设计制造成本和难度激增，AI、HPC对算力和带宽的需求无止境。

• 代表性技术：

• 3D IC： 真正的三维堆叠。通过TSV将多个芯片或芯片层在垂直方向上直接堆叠并互连，大大缩短了互联长度，实现了极高的带宽和能效。例如，将逻辑芯片与多个HBM（高带宽内存）堆叠在一起。

• Chiplets： 这是当前最核心的设计理念。将一个大型SoC拆解成多个功能单一的、小型化的、可复用的“芯粒”（如CPU芯粒、I/O芯粒、GPU芯粒等），然后通过先进封装技术将它们集成在一起。这类似于“搭积木”，可以降低研发成本、提高良率、并实现灵活的产品组合。

• CoWoS/SoIC： 台积电的3D Fabric技术平台代表。CoWoS是2.5D技术的典范，而SoIC则是真正的3D芯片堆叠技术，可以实现纳米级的接合间距，性能极限更高。

• Intel Foveros、EMIB： 英特尔的先进封装技术。Foveros是3D面对面堆叠，EMIB是嵌入式多芯片互连桥，一种高效的2.5D互连技术，可以混合使用。

• 技术演进：

• 封装与制造的界限变得模糊，出现了“晶圆级封装”。

• 从“封装芯片”转向“封装系统”，再转向“在晶圆上制造系统”。

• UCIe 联盟的成立，旨在建立Chiplets间互联的全球统一标准，标志着异构集成时代的全面到来。

总结与展望

半导体封装技术的发展史，是一部不断追求更小、更密、更快、更强、更省的历史。其演进路径清晰地展示了：

1. 从二维到三维： 互连维度不断拓展，以追求极致的空间利用率和性能。

2. 从单质到异构： 集成对象从单一芯片发展到不同工艺、不同材料的多种芯片。

3. 从边缘到中心： 封装技术从辅助角色，发展成为决定系统性能、成本和上市时间的核心技术。

4. 从独立到融合： 封装与前端制造、电路设计的协同越来越紧密，共同构成了半导体创新的“三驾马车”。

未来，随着AI、物联网、自动驾驶等领域的快速发展，对算力和能效的要求将永无止境。半导体封装技术，特别是基于Chiplets的3D异构集成，将继续扮演关键角色，推动电子信息技术迈向新的高峰。

半导体封装清洗剂- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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半导体技术应用节点：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆叠集成;COB绑定前清洗；晶圆级封装；高密度SIP焊后清洗；功率电子清洗。