文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文介紹芯片封裝設計。

封裝設計是集成電路（IC）生產過程中至關重要的一環，它決定了芯片的功能性、可靠性和制造工藝。

封裝設計的總體目標

封裝設計的主要目標是為芯片提供機械保護、電氣連接以及熱管理等功能，確保芯片在使用過程中穩定工作。通過封裝，芯片與外部系統建立電氣互連和機械連接，同時要保證芯片能有效散熱。

類比來說，封裝就像是芯片的“外殼”和“支架”，它不僅保護芯片免受外界環境的損害，還幫助芯片與外部設備進行信息交換。

2.芯片布局與裝片設計

在封裝設計中，芯片布局是核心任務之一。芯片的排布方式與封裝的尺寸、芯片的數量和尺寸等因素緊密相關。常見的布局方式包括：

平鋪式布局

適用于芯片面積較小且需要較大封裝空間的情況。所有芯片都在同一平面上并排放置。

堆疊式布局

當芯片數量多、尺寸大時，通常會采用在垂直方向上堆疊的方式，以充分利用空間，避免芯片之間或芯片到封裝邊緣的距離過小。

混合式布局

當平鋪和堆疊結合使用時，能夠兼顧空間利用和制造可行性，常見于高集成度的系統級封裝（SiP）。

例如，系統級封裝(SiP)中，不同功能的芯片往往需要按不同的布局進行合理分配，從而達到功能整合和散熱需求的平衡。

3.元器件排布與集成密度

當集成電路設計中元器件密度較高時，元器件之間的距離就顯得尤為重要。較小的間距有助于提高系統的集成度和功能密度，但需要確保制程的可行性。例如，多個無源元器件和晶片通過合理的布局和設計，可以在保持高集成度的同時避免相互干擾。

這個過程就像在一個緊湊的空間中合理安排家具和物品，既要考慮每個物品的功能，又要確保每個物品之間有足夠的空間，避免產生不必要的沖突或問題。

4.引線鍵合設計

引線鍵合（Wire Bonding）是一種經典的芯片互連技術，廣泛應用于各類封裝中。通過將引線與芯片的焊盤連接，將芯片電氣信號傳遞至外部電路。隨著封裝的復雜度增加，引線鍵合設計的難度也隨之增加。

選擇合適的線型和直徑

根據芯片尺寸、功率要求和封裝類型，選擇不同的線材類型（如金線、鋁線等）及其直徑，確保良好的電氣性能和熱傳導能力。

連接方式設計

在芯片的不同位置進行合理的引線布局，如處理角落處的線彎和堆疊芯片的連接，避免線彎過度導致連接不穩定。

就像我們給電器接線一樣，要確保線纜的長度、粗細、彎曲角度等合適，避免電流流動不暢或出現電路故障。

倒裝芯片（FC）技術

倒裝芯片（Flip Chip, FC）技術與傳統的引線鍵合不同，它通過將芯片倒裝，使芯片的電極直接與基板上的焊盤接觸，從而實現電氣連接。FC技術的優勢在于：

更好的電學性能

減少了引線的電阻和寄生電容，提高了信號傳輸速度和電流承載能力。

更小的封裝尺寸

由于沒有引線的連接空間，FC封裝可以做得更小、更緊湊，適應高密度集成的需求。

更好的熱管理

FC技術有利于熱量的快速傳導，使得芯片能夠更有效地散熱，避免過熱問題。

可以把倒裝芯片技術想象成將芯片“翻轉過來”，直接與基板連接，就像在做拼圖時，把拼圖的圖片面朝下拼接在一起，省去了多余的連接步驟，使整個過程更加簡潔和高效。

6.封裝設計與系統級優化

封裝設計不僅僅是考慮單個芯片的連接和散熱問題，它還需要綜合考慮整個系統的需求。比如在系統級封裝（SiP）中，多個不同功能的芯片和器件集成在同一個封裝中時，設計師需要關注電氣性能、機械強度和熱管理的多重因素，從而確保整個系統的穩定性和可靠性。

這就像在組裝一臺多功能的電子設備時，每個元器件都有其特定功能，如何在有限的空間內有效集成并優化其性能是封裝設計的關鍵。

總結：封裝設計是集成電路制造過程中至關重要的一環，它不僅決定了芯片的電氣性能，還直接影響其散熱能力、物理強度和生產工藝的可行性。從芯片的布局、引線鍵合到倒裝芯片技術，每一個設計細節都在影響最終產品的穩定性和性能。在面對復雜的集成需求時，封裝設計需要綜合考慮各種因素，才能確保產品滿足各項性能要求。