核心概念：什么是芯片内嵌式封装？

芯片内嵌式封装，也称为面板级扇出型封装或嵌入式基板封装，其核心思想是：不再使用传统的引线框或封装基板作为承载芯片的“底座”，而是将一颗或多颗裸芯片直接嵌入到一块大型的PCB面板或重新构层的介质层中。

简单来说，就像把一颗“宝石”（芯片）镶嵌到一块“画板”（封装面板）的内部，而不是简单地粘在“画板”的表面。

工作原理与工艺流程（简化版）

传统的封装是将芯片贴在基板表面，然后通过引线键合或倒装焊连接到基板。而内嵌式封装的关键步骤是“嵌入”：

1. 开槽/钻孔：在一张大型的芯板（通常是环氧树脂或复合材料制成的PCB面板）上，通过激光或机械方式精确地开出与芯片尺寸匹配的凹槽。

2. 放置芯片：将经过测试的良品裸芯片精确地放置到这些凹槽中。

3. 填充与固定：使用绝缘材料（如环氧树脂模塑料）填充芯片与凹槽之间的缝隙，并进行固化。这样，芯片就被牢固地、平整地“埋”在了芯板内部。

4. 构建重布线层：在嵌入了芯片的芯板表面，通过半导体工艺（如沉积、光刻、电镀）制作一层或多层非常精细的金属线路。这些线路将芯片上的焊盘（触点）连接到封装外部的、间距更宽的焊球上。

5. 植球与切割：在重布线层的外部焊盘上植上焊球，形成最终的输入/输出接口。最后，将整个大型面板切割成一个个独立的封装单元。

主要技术优势

与传统封装（如QFP、BGA）甚至一些先进封装（如Fan-Out WLP）相比，内嵌式封装具有显著优势：

1. 超高密度与小型化

• 芯片被嵌入板内，消除了芯片本身的厚度，使得整个封装的厚度可以做到非常薄（甚至小于0.5mm），非常适合超薄设备（如智能手机、可穿戴设备）。

• 省去了引线框和部分基板材料，结构更紧凑。

2. 优异的电气与热性能

• 电气性能：重布线层的线路可以做得更短、更精细，减少了信号传输延迟和损耗，提高了高频性能。

• 热性能：芯片背面通常与芯板材料紧密接触，热量可以从芯片的背面和正面同时散发，散热效率更高。

3. 高可靠性

• 芯片被牢固地包裹在芯板内部，受到很好的机械保护，对抗弯曲、冲击和热应力的能力更强。

• 由于没有或减少了引线键合点，相关的失效风险（如引线断裂）也降低了。

4. 异质集成能力强

• 可以轻松地在同一块芯板内嵌入不同工艺、不同功能的芯片（如逻辑芯片、存储芯片、射频芯片），实现真正的系统级封装。

5. 潜在的成本优势（在大规模生产时）

• 采用大型面板进行加工，其面积利用率远高于在圆形晶圆上做扇出型封装，理论上可以大幅降低单位成本。

面临的挑战与局限性

1. 工艺复杂度高：开槽精度、芯片放置精度、填充无空洞等技术要求极高，良率控制是巨大挑战。

2. 初始投资大：需要专用的激光开槽、高精度贴片和面板级加工设备，前期资本支出很高。

3. 材料挑战：芯板材料与芯片、填充料之间的热膨胀系数匹配是关键，不匹配会导致翘曲和应力问题。

4. 技术成熟度：虽然已商用，但相比传统封装，其生态系统和标准化程度仍在发展中。

主要应用领域

• 移动智能终端：智能手机、平板电脑的射频模块、电源管理芯片、应用处理器等。

• 可穿戴与物联网设备：对尺寸、重量和功耗有极致要求的设备。

• 汽车电子：尤其是自动驾驶相关的高性能计算模块、雷达传感器，需要高可靠性和良好散热。

• 高性能计算：用于集成多颗核心计算单元和高速缓存。

总结

芯片内嵌式封装代表了半导体封装技术向更高集成度、更优性能和更小尺寸发展的重要方向。它通过“化基板为骨架，融芯片于其中”的创新思路，突破了传统封装的物理限制，是实现未来超越摩尔定律的关键使能技术之一。尽管面临技术和成本挑战，但随着5G、AI、物联网和汽车电子等领域的持续发展，其应用前景非常广阔