芯片級(jí)+系統(tǒng)級(jí)：封裝工程解析

封裝工程是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中連接芯片設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其在汽車電子、人工智能、5G等領(lǐng)域，芯片級(jí)封裝（Chip-Level Packaging, CSP）和系統(tǒng)級(jí)封裝（System-in-Package, SiP）技術(shù)正推動(dòng)器件向高性能、高集成度、小型化方向發(fā)展。以下是芯片級(jí)與系統(tǒng)級(jí)封裝的技術(shù)要點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景及未來(lái)趨勢(shì)分析：

一、芯片級(jí)封裝（Chip-Level Packaging, CSP）

1. 定義與技術(shù)特點(diǎn)

• 核心目標(biāo)：在單顆芯片層級(jí)實(shí)現(xiàn)高密度互聯(lián)，提升電氣性能與散熱效率，縮小封裝尺寸。

• 典型技術(shù)：

• Flip-Chip（倒裝焊）：通過(guò)焊球直接連接芯片與基板，縮短信號(hào)路徑，降低電感（如汽車MCU封裝）。

• WLP（晶圓級(jí)封裝）：直接在晶圓上完成封裝，適用于CIS（圖像傳感器）、MEMS傳感器（如博世加速度計(jì)）。

• Fan-Out（扇出型封裝）：突破芯片尺寸限制，實(shí)現(xiàn)多芯片互聯(lián)（如蘋果A系列處理器）。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景

• 汽車電子：車規(guī)級(jí)MCU（如NXP S32系列）、功率器件（IGBT/SiC模塊）采用CSP提升功率密度與可靠性。

• 傳感器：MEMS壓力傳感器、激光雷達(dá)收發(fā)芯片通過(guò)WLP實(shí)現(xiàn)小型化與抗振動(dòng)設(shè)計(jì)。

3. 技術(shù)挑戰(zhàn)

• 熱管理：高功率芯片（如自動(dòng)駕駛AI芯片）的局部熱應(yīng)力易導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。

• 信號(hào)完整性：高頻信號(hào)（毫米波雷達(dá)77GHz）對(duì)封裝介電材料與布線精度要求極高。

二、系統(tǒng)級(jí)封裝（System-in-Package, SiP）

1. 定義與技術(shù)特點(diǎn)

• 核心目標(biāo)：將多顆芯片（邏輯、存儲(chǔ)、傳感器等）與無(wú)源器件集成于單一封裝內(nèi)，形成完整子系統(tǒng)。

• 關(guān)鍵技術(shù)：

• 異質(zhì)集成：混合硅基、GaN、SiC等不同材料芯片（如射頻前端模塊）。

• 3D堆疊：通過(guò)TSV（硅通孔）實(shí)現(xiàn)垂直互聯(lián)，提升存儲(chǔ)帶寬（如HBM與GPU集成）。

• 嵌入式技術(shù)：在基板內(nèi)埋入電容、電感，減少外圍電路（如手機(jī)射頻模組）。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景

• 智能駕駛域控制器：集成自動(dòng)駕駛芯片（如地平線征程5）、DRAM、電源管理芯片，減少PCB面積與信號(hào)延遲。

• 智能座艙：融合CPU、GPU、音頻編解碼芯片，支持多屏互動(dòng)與語(yǔ)音交互（如高通驍龍座艙平臺(tái)）。

• 功率模塊：將SiC MOSFET、驅(qū)動(dòng)IC、溫度傳感器集成，用于電動(dòng)汽車OBC（車載充電機(jī)）。

3. 技術(shù)挑戰(zhàn)

• 設(shè)計(jì)復(fù)雜性：多物理場(chǎng)耦合（電-熱-力）仿真難度大，需依賴EDA工具（如Ansys SIwave）。

• 工藝兼容性：不同芯片的CTE（熱膨脹系數(shù)）差異易導(dǎo)致封裝開(kāi)裂（如GaN與硅基芯片集成）。

• 測(cè)試成本：系統(tǒng)級(jí)功能測(cè)試需覆蓋多芯片交互場(chǎng)景，測(cè)試向量生成耗時(shí)（如華為海思SiP模塊）。

三、芯片級(jí)+系統(tǒng)級(jí)封裝協(xié)同創(chuàng)新

1. 技術(shù)融合案例

• 車載激光雷達(dá)模組：

• 芯片級(jí)：VCSEL激光器采用Flip-Chip封裝提升散熱效率；

• 系統(tǒng)級(jí)：將SPAD探測(cè)器、FPGA、電源芯片集成于SiP，縮小體積并提高抗干擾能力（如速騰聚創(chuàng)M1）。

• 電池管理系統(tǒng)（BMS）：

• 芯片級(jí)：AFE（模擬前端）芯片使用WLP降低寄生參數(shù)；

• 系統(tǒng)級(jí)：AFE+MCU+隔離通信芯片集成于SiP，實(shí)現(xiàn)高精度電壓采集（如寧德時(shí)代方案）。

2. 先進(jìn)封裝技術(shù)趨勢(shì)

• 3D異構(gòu)集成：臺(tái)積電SoIC技術(shù)將邏輯芯片與存儲(chǔ)芯片直接堆疊，突破“內(nèi)存墻”限制。

• Chiplet（小芯片）生態(tài)：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化互聯(lián)接口（如UCIe），實(shí)現(xiàn)多廠商芯片靈活組合（如AMD EPYC處理器）。

• 材料創(chuàng)新：

• 低溫共燒陶瓷（LTCC）用于高頻SiP基板；

• 導(dǎo)熱率10W/m·K以上的TIM（熱界面材料）解決3D封裝散熱瓶頸。

四、產(chǎn)業(yè)鏈與國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展

1. 國(guó)內(nèi)封裝企業(yè)布局

• 長(zhǎng)電科技：全球第三大封測(cè)廠，量產(chǎn)Fan-Out與2.5D封裝，支持華為海思AI芯片。

• 通富微電：為AMD提供7nm Chiplet封裝，切入高性能計(jì)算市場(chǎng)。

• 華天科技：車規(guī)級(jí)SiP產(chǎn)線通過(guò)AEC-Q100認(rèn)證，供貨比亞迪IGBT模塊。

2. 技術(shù)瓶頸

• 設(shè)備依賴：高端貼片機(jī)（ASM Pacific）、鍵合機(jī)（K&S）仍依賴進(jìn)口。

• 材料短板：ABF載板（用于FCBGA）、高端EMC環(huán)氧塑封料被日本廠商壟斷。

3. 政策與生態(tài)支持

• 國(guó)家大基金二期向長(zhǎng)電科技注資45億元，重點(diǎn)擴(kuò)產(chǎn)車規(guī)級(jí)SiP產(chǎn)能；

• 華為哈勃投資入股強(qiáng)一半導(dǎo)體（探針卡）、晶瑞電材（光刻膠），完善封裝供應(yīng)鏈。

五、未來(lái)展望

1. 技術(shù)方向：

• 從“2.5D封裝”向“真3D集成”演進(jìn)，TSV密度突破10^6/mm2；

• 光電子混合封裝（CPO）支撐車載激光雷達(dá)與數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)。

2. 產(chǎn)業(yè)協(xié)同：

• 芯片設(shè)計(jì)-封裝-系統(tǒng)廠商共建Chiplet生態(tài)（如中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)聯(lián)盟RISC-V）。

3. 國(guó)產(chǎn)替代路徑：

• 短期：突破FCBGA、Fan-Out等成熟技術(shù)，替代日月光、安靠份額；

• 長(zhǎng)期：攻克3D堆疊、晶圓級(jí)鍵合等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主可控。

結(jié)論：芯片級(jí)與系統(tǒng)級(jí)封裝的協(xié)同創(chuàng)新，正重新定義半導(dǎo)體性能邊界。在汽車智能化、電動(dòng)化浪潮下，封裝工程將成為國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體打破國(guó)際技術(shù)封鎖、實(shí)現(xiàn)彎道超車的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)。未來(lái)，材料、設(shè)備、設(shè)計(jì)工具的自主化與產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合，將決定中國(guó)在全球封裝領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

芯片清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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