一文看懂IC封裝 高密度封裝技術

在現代科技發展中，晶片無處不在，從智慧型手機、筆電，到伺服器、AI 晶片，每一個電子設備的核心都依賴這些微小卻強大的運算單元。然而，隨著電子產品功能越來越強大，元件卻越來越小，如何在有限的空間內封裝更多的電路，成為半導體產業面臨的重要挑戰。這時候，「高密度封裝技術」就派上用場了。
你是不是經常看到或聽過「BGA」、「Flip-Chip」等術語，但是完全不知道其中含意?我們接下來就來瞭解這些流行於現今的先進封裝技術，了解一下它們是如何影響你的手機、電腦，甚至未來的 AI 運算。

什麼是 IC 封裝？

在了解高密度封裝技術前，我們先來看看封裝（Packaging）的基本概念。

IC 封裝的主要目的是什麼：

• 保護晶片，避免灰塵、潮濕或機械損壞。
• 提供電氣連接，讓晶片能與印刷電路板（PCB）溝通。
• 增強散熱能力，避免晶片過熱影響運作。

現代的高密度封裝技術，主要是讓體積更小、效能更好、能耗更低，同時保持高可靠性。以下我們就來介紹幾種最常見的高密度封裝技術。

常見的高密度封裝技術

BGA（Ball Grid Array，球柵陣列封裝）

BGA 是最常見的高密度封裝技術之一，它的特點是在晶片封裝的底部排列許多小型焊球，這些焊球負責將晶片連接到電路板上。通常應用在高效能處理器（如手機 CPU、GPU)、記憶體晶片（DRAM、Flash）、伺服器晶片（如 AI 運算）。

BGA封裝有甚麼優勢:
高密度連接：比傳統引腳封裝（如 QFP）能支援更多的電氣接點。
良好散熱：焊球直接接觸 PCB，熱量傳導效率高。
訊號品質提升：由於焊球距離短，能減少訊號延遲與干擾。

Flip-Chip（覆晶技術）

又稱倒裝晶片，是一種先進的半導體封裝技術，與傳統的打線封裝方式不同，這項技術採用了「顛倒」的思維：將晶片正面朝下，直接與基板進行連接。在晶片表面預先製作的導電凸塊，成為了連接晶片與基板的橋樑。這些凸塊通常由錫、銅或金等高導電性材料製成，確保了優異的電氣傳導特性。

倒裝晶片技術的優勢體現在多個層面。首先，由於省去了傳統封裝中的金線連接步驟，大幅縮短了電子信號的傳輸距離。這不僅提升了信號傳輸的效率，更減少了傳輸過程中的損耗。其次，晶片背面直接暴露的設計，為散熱提供了更好的條件，這對於高效能元件的穩定運作至關重要。

通常應用在伺服器與高效能運算（如 NVIDIA GPU、AI 處理器）、FPGA（可程式化邏輯晶片）

CSP（Chip Scale Package，晶片尺寸封裝）

CSP最顯著的特點就是其極小的封裝尺寸。相較於傳統封裝方式，CSP可以將封裝體積減少到最小，這不僅節省了電路板空間，還能顯著降低產品重量。在手機、穿戴式裝置等講求輕薄短小的消費性電子產品中，CSP的這項優勢尤為重要。

由於封裝尺寸的縮小，信號傳輸距離相應縮短，這帶來了更好的電氣性能：

• 更低的寄生電容和電感
• 更好的高頻特性
• 更低的信號延遲
• 更小的電氣雜訊

CSP的結構設計使得晶片與外界的熱傳導路徑縮短，有助於提升散熱效果。這對於現代高功耗電子元件的可靠運作具有重要意義。

WLP（Wafer Level Packaging，晶圓級封裝）

WLP技術的核心在於其獨特的製程流程：在晶圓完成製造後，直接在晶圓上進行封裝相關製程，包括重布線、凸塊製作等步驟。這種方式使得最終切割下來的單一晶片就是完整的封裝體，實現了真正的「晶片即封裝」（Chip is Package）概念。

• 最小化封裝尺寸
  • 封裝後尺寸與晶片本體相同
  • 實現極致的體積效率
  • 無需額外的封裝材料和空間
• 整體性製程
  • 在晶圓階段完成所有封裝步驟
  • 大幅提升生產效率
  • 降低單顆成本
• 優異的電性表現
  • 更短的信號傳輸路徑
  • 更低的寄生效應
  • 更好的高頻特性

想了解有關塑膠封裝、低壓成型、轉注成型等封裝知識嗎？
延伸閱讀：《常見的IC塑膠封裝模具認識》

SiP（System in Package，系統級封裝）

系統級封裝的核心理念是將多個功能性元件整合在同一個封裝體中，這些元件可能包括:處理器、記憶體、感測器、無源元件（電阻/電容)、射頻元件、電源管理IC。SiP 的優勢是能夠做到異質整合，能將不同功能晶片整合到一起及小型化設計。通常運用在5G 通訊模組、AI 運算模組、可穿戴式裝置（如 Apple Watch）。

3D IC（3D 積體電路封裝）

3D IC技術的核心理念在於突破傳統平面設計的侷限，轉而在垂直方向上疊加多層晶片，通過創新的堆疊與互連技術，實現更高效的三維集成。這種革命性的思維轉變，不僅大幅提升了單位面積的元件密度，更為系統整合開創了全新的可能性。

在3D IC技術中，最具代表性的創新莫過於矽穿孔（Through-Silicon Via，TSV）技術。這項技術猶如在晶片之間開闢了無數條垂直的高速通道，徹底改變了傳統的互連方式。通過這些微米級的導電通道，不同層級的晶片得以實現直接的電性連接，大幅縮短了信號傳輸的距離。TSV技術的實現過程涉及多項精密工藝的突破。首先需要在晶片上精確地蝕刻出微小的孔洞，再通過特殊的工藝填入導電材料，最後還要確保這些通道能夠準確地與上下層晶片對接。

各封裝技術比較

現在，你已經對 IC 高密度封裝技術 有了更深入的了解，當你下次聽到「BGA」、「SiP」這些詞時，就不再只是陌生的技術術語，而是推動未來科技發展的重要技術！

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