典型先進封裝選型和設計要點

隨著電子產品趨向于功能化、輕型化、小型化、低功耗和異質集成，以系統級封裝（System in Package, siP）、圓片級封裝( Wafer Level Package.WLP)、2.5D/3D 封裝等為代表的先進封裝技術越來越多地應用到電子產品中。

在不同的應用場合，對電子產品的需求也不盡相同，如高頻/高速、高可靠性、高散熱、低成本、小型化集成等需求。從設計角度來看，封裝需根據電子產品特點的不同而選用不同的封裝材料和工藝。例如，針對高頻/高速，需選用傳輸損耗較小的材料；針對高可 靠性，需選用熱膨賬系數 ( Coetticient of ThermalExpansion， CTE）匹配和彈性模量大的材料；針對高散熱，需要優化封裝熱阻；針對低成本需求，可選用低成本材料和工藝；針對小型化集成，需要采用SiP 或2.5D/3D 封裝方案等。為了實現高性能、高可靠性的封裝集成，需要進行芯片-封裝-PCB 協同設計，綜合考慮電氣性能、熱性能、材料與結構性能，采用電-熱-力多物理男合設計和 DFx （DFM、DPR、DFT）協同設計，最終建立合理的先進封裝設計流程。4種典型的先進封裝選型和設計要點如下所述。

（1） SiP封裝選型和設計要點：SiP 技術可以將一個系統或子系統集成在個封裝內。從廣義上來講，多芯片組件(Multi-Chip Module, MCM)封裝2.5D封裝、疊層封裝 (Package on Package, PoP） 等2D/3D封裝技術都屬于SP 技術的范疇。在設計層面，SiP 技術適用于智能手表、智能終端等小型化、模塊化需求強的電子系統中。根據工藝能力和芯片/器件特點的不同，可以采用2D 平鋪形式，或者采用集成度更高的 3口 堆疊或埋人形式。為了滿足電氣性能方面的需求，可采用隔離、屏蔽等技術來解決通道內、外的噪聲千擾問題。為了滿足熱性能方面的需求，特別是針對光學器件低結溫的特點，可以通過優化封裝散熱結構和選擇合適的材料來解決多芯片的“熱點，問題。對于20/3D區異質芯片集成封裝，其結構設計和材料的選擇需著重考慮翹曲、應力、熱疲勞等可靠性問題

（2） 2.5D封裝選型和設計要點：2.5D 封裝是將多個芯片放置到硅中介轉接層上，通過硅通孔實現垂直互連，然后將硅中介轉接層放置到有機基板上形成一個封裝。2.5D封裝主要是為了解次低6介質芯片節距變小的問題，可以彌補有機基板工藝局限性。硅申介轉接層與芯片熱膨賬系數（CTE)相同或相近，并且有較高的熱傳導系數，因此可以提高封裝的可靠性和散熱能力。在設計層面，2.5D封裝技術適用于 CPU 或 FPGA 與內存集成的高密度、高速度系統，是實現“儲算融合”的重要技術方案。2.5D 封裝技術還可用于微波系統異質成，濾波器、天線、規合器等無源微波器件也可以集成在封裝內。在數字系統集成應用方面，主要采用芯片-封裝-PCB 協同設計、 可測性設計（DFT）、封裝結構設計優化等方法。徵波系統集成應用主要需解決高頻傳輸、噪聲抑制、異質芯片/器件集成等問題。

(3）WLD 選型和設計要點：相對于傳統封裝工藝，采用圓片級工藝進行芯片封裝，可以提高生產效率，降低單個芯片的封裝成本。根據封裝焊球排布與芯片面積之間關系的不同，WLP 可以分為扇人型圓片級封裝 （Fan-in WLP)和扇出型圓片級封裝（FOWLP)。WLP 去除了基板金線或C4 焊球，降低了成本和互連線的寄生參數，封裝厚度更薄，可適用更高頻率的信號傳輸。在設計層面，扇人型圓片級封裝由于封裝尺寸有限，適用于對外互連數較少的低成本芯片封裝需求。扇出型圓片級封裝可應用于高速芯片甚至微波芯片封裝，而且可實現多芯片系統集成。扇出型園片級封裝設計的重點是針對圓片級工藝過程中的翹曲和局部應力進行試驗設計 ( Design of Experiments, DOE)。在電氣需求方面，需要從芯片-封裝-PCB 協同設計、高頻傳輸設計等方面保證系統中高頻、高速信號的傳輸。

（4）PoP 封裝選型和設計要點：PoP 是指將封裝好的芯片堆疊到另一個封裝上的 3D封裝方法。采用PoP 可以縮短上、下封裝系統之問的互連長度上、下封裝體互連通道也能提供足夠的互連帶究，整體封裝尺寸也會減小。下層封裝多采用常規的球柵陣列 (Ball Crid Aray, BGA)封裝形式；為了進一步降低封裝厚度和成本，下層封裝可以采用 Fan-out 封裝形式。在設計層面，PoP 的典型應用是智能終端中的處理器和內存系統的集成，采用PoP 可以縮短儲算系統間的傳輸延遲并提高帶寬。從設計角度來看，PoP 主要需解決上、下層封裝體翹曲控制，了D封裝中的散熱，以及信號完整性和電源完整性等問題。

　　審核編輯：湯梓紅