半导体封装中的互连工艺是连接芯片（Die）与封装基板（Substrate）或外部电路的关键环节，直接影响器件的电性能、可靠性和成本。以下是详细的互连工艺分类及技术解析： 1. 主要互连技术分类(1) 引线键合（Wire Bonding）原理：通过金属线（金、铜或铝）将芯片的焊盘（Pad）与封装基板的引脚连接。类型：热压焊（Thermocompression Bonding）：高温加压实现金属扩散键合，常用于金线。超声焊（Ultrasonic Bonding）：利用超声波振动清洁表面并实现键合，适合铝线。热超声焊（Thermosonic Bonding）：结合热压与超声技术，主要用于金线。材料：金线：高导电性、抗腐蚀，但成本高。铜线：低成本、高机械强度，但易氧化。铝线：用于低端封装，成本低但导电性较差。优缺点：优点：设备成本低，工艺成熟，适合低密度封装。缺点：互连密度低，高频性能受限，线长影响信号延迟。 (2) 倒装芯片（Flip Chip）原理：芯片正面朝下，通过凸点（Bump）直接与基板焊接。关键工艺步骤：晶圆凸块制备：在芯片焊盘上制作金属凸点（如焊料、铜柱）。切割与倒装：将晶圆切割为单个芯片，翻转后对准基板焊盘。回流焊接：加热使焊料熔化形成电连接。底部填充（Underfill）：填充环氧树脂以缓解热应力。凸点类型：焊料凸点（Sn-Ag-Cu等）：成本低，但需高温回流。铜柱凸点（Cu Pillar）：高频性能优，用于高密度互连。优缺点：优点：高密度、短互连路径、优异的高频性能。缺点：工艺复杂，需精准对准，成本较高。 (3) 晶圆级封装（Wafer-Level Packaging, WLP）原理：在晶圆阶段完成封装和互连，切割后直接得到成品芯片。关键技术：重分布层（RDL）：通过光刻和电镀在芯片表面重新布线，扩展焊盘位置。铜柱凸点（Cu Pillar）：实现高密度垂直互连。应用：适用于移动设备（如CIS、射频芯片）。 (4) 扇出型晶圆级封装（Fan-Out WLP, FOWLP）原理：将芯片嵌入环氧模塑料（EMC）中，通过RDL将焊盘扇出到更大区域。优势：支持更多I/O，无需基板，降低成本。典型应用：苹果A系列处理器、5G射频模块。 (5) 硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）原理：在芯片或硅中介层上制作垂直导电通道，用于3D堆叠封装。工艺步骤：深孔刻蚀：利用干法刻蚀在硅中形成通孔。绝缘层沉积（SiO₂或聚合物）：隔离硅基体与导电材料。阻挡层/种子层（Ti/Cu）：防止金属扩散并辅助电镀。电镀填充：用铜填充通孔。应用：高带宽存储器（HBM）、3D IC集成。 2. 互连材料与工艺挑战(1) 材料选择金属材料：金：高可靠性，但成本高。铜：主流选择，导电性好，需防氧化。焊料合金（Sn-Ag-Cu）：用于倒装芯片，熔点可调。基板材料：有机基板（如BT树脂）：成本低，用于消费电子。陶瓷基板（Al₂O₃、AlN）：高热导率，用于高功率器件。硅中介层：用于2.5D/3D封装，匹配芯片CTE。 (2) 工艺挑战高密度互连：线宽/间距缩小至微米级，需先进光刻和电镀技术。热管理：3D封装中热量积聚，需TSV和微凸点优化散热。可靠性问题：热循环导致金属疲劳，需优化材料与结构设计。成本控制：先进工艺设备（如TSV刻蚀机）投资高昂。 3. 未来趋势混合键合（Hybrid Bonding）：直接铜-铜键合，无需凸点，进一步提升密度。异质集成：将不同工艺节点的芯片（如逻辑、存储、射频）集成于同一封装。新材料：低介电常数（Low-k）介质、纳米银浆等提升高频性能。自动化与AI：利用机器学习优化工艺参数，减少缺陷率。 总结半导体封装互连技术从传统引线键合向高密度倒装芯片、3D TSV和扇出型封装演进，以满足高性能计算、5G通信和AI芯片的需求。未来，随着摩尔定律放缓，先进封装将成为延续半导体性能提升的关键路径。