对小白来说,封装可能是最容易被忽略的环节,但其实它是芯片从 “裸晶粒” 变成 “成品芯片” 的关键一步,相当于给脆弱的芯片 “穿防护服 + 定制工装”。本文就用最通俗的语言,带大家搞懂芯片封装的核心逻辑、发展历程和关键技术,全程无晦涩术语,希望看完能带你入门!
先明确一个基础认知,封装属于芯片制造的后道工序,大多由专业的 OSAT 封测厂负责。咱们可以把整个芯片制造想象成造房子:前道工序是 “打地基、做墙体”(晶圆制造、光刻蚀刻),后道封装就是 “装修 + 装门窗 + 做防护”,最终把 “毛坯房”(裸晶粒)变成能直接入住的 “成品房”(芯片)。

为什么非要做封装?核心就两个目的,少一个都不行。第一是保护—— 裸晶粒是硅片上的微小电路,比指甲盖还小,脆弱到碰一下就坏,还怕空气里的水汽、杂质腐蚀。封装就像给它穿了件 “金属 / 塑料防护服”,既能防物理磕碰,又能隔绝外界环境,让芯片能稳定工作。第二是适配—— 不同设备对芯片的外形、尺寸要求天差地别:手机芯片要迷你,工业芯片要耐造,汽车芯片要抗高温。封装就是给芯片专属定制让它能精准嵌入不同设备的电路板,实现电气连接。
接下来聊聊封装的进化史,70 多年来一共经历了五个阶段,核心趋势就是更小、更密、性能更强,下面将分传统封装和先进封装两大块来讲,小白也能轻松理清脉络。
先看 1960-1990 年的传统封装时代,核心是引线连接,相当于给芯片做单层平房。最早的晶体管用的是 TO 封装,就是咱们小时候玩收音机里的三极管造型,引脚露在外面,靠金属引线把芯片和外界连接。后来出现了 DIP(双列直插封装),引脚排成两排,插在电路板上就能用,很多老款单片机、逻辑芯片至今还在用,成本低、可靠性高。再后来飞利浦开发出 SOP(小外型封装),并衍生出 TSOP、SSOP 等多种细分类型,体积比 DIP 小很多,适配了早期电子产品小型化的需求。
1990-2000 年是传统封装的巅峰期,BGA(球栅阵列封装)横空出世。它把引脚从芯片侧面挪到了底部,做成一个个小锡球,不仅能容纳更多引脚,还能缩小体积、提升散热性,非常适合功能复杂的芯片。和 BGA 类似的还有 LGA(平面网格阵列)、PGA(插针网格阵列),咱们电脑里的 CPU 用的就是这两种封装,能满足高频、高功率的工作需求。
2000 年以后,就进入了先进封装时代,核心是三维集成,相当于把单层平房改成多层摩天楼。为什么要升级?因为芯片制程快触到摩尔定律的天花板了,想提升性能,光靠缩小晶体管尺寸越来越难,于是行业就想到把多个芯片叠起来,用封装技术实现 “1+1>2” 的效果。
这里必须重点讲几个先进封装的核心黑科技,小白记住关键词就能理解。
第一个是 2.5D/3D 封装,就是芯片叠叠乐。2.5D 封装是在芯片之间加一块硅中介层,把逻辑芯片和内存芯片连起来,信号横向传输,既缩小体积又提升速度;3D 封装更厉害,直接把多个芯片垂直堆叠,在芯片上打孔布线,相当于楼层之间直接挖电梯,连接距离更短、性能更强。大名鼎鼎的 HBM 高带宽内存就是典型应用:内部的 DRAM 芯片垂直堆叠,再通过中介层和 GPU 合封,让 GPU 的显存带宽暴涨。
第二个是 SiP,相当于芯片组装厂。手机里的主芯片很多都是 SiP 封装,把 CPU、GPU、射频芯片、内存等多个不同功能的芯片封装在一个外壳里。它和 SoC的区别很简单:SoC 是把所有功能从头设计整合到一颗芯片上,难度大、成本高;SiP 是直接用现成的芯片组装,灵活度高、成本低,现在热门的 Chiplet技术,本质就是 SiP 的进阶版。
第三个是 TSV和 RDL,是先进封装的基建核心。TSV 就是在硅片上打垂直通孔,填充金属,实现上下层芯片的电气连接,相当于摩天楼里的电梯;RDL 是在芯片表面重新布置金属导线,把芯片的接口引到合适的位置,相当于楼层里的走廊。没有这两个技术,芯片堆叠和多芯片集成根本实现不了,像 WLCSP(晶圆级芯片封装)、FOWLP(扇出型晶圆级封装)等先进技术,都离不开它们的支撑。
还有扇入 / 扇出型晶圆级封装,核心是先封装再切割,和传统封装先切割再封装的流程相反。扇入型封装尺寸和裸芯片差不多,适合小引脚芯片;扇出型能提供更多引脚,适配复杂芯片,现在很多手机里的射频芯片、传感器都用这种封装。
最后总结一下芯片封装的本质就是保护芯片 + 优化连接,从传统封装的引线连接到先进封装的三维集成,每一次进化都是为了适配电子产品更小、更快、更智能的需求。对小白来说,不用死记硬背所有封装类型,只要记住核心逻辑 —— 封装的核心是平衡性能、体积、成本,先进封装是延续摩尔定律的关键,就已经 get 到重点了。