回應(yīng)一些網(wǎng)友關(guān)切，本人技術(shù)力有限，遂以專欄形式介紹芯片封裝相關(guān)知識，如有錯誤，歡迎網(wǎng)友們指出糾正，本人將不勝感激

芯片封裝屬于芯片制造較為靠后的其中一環(huán)，為了方便理解，先讓我們從頭梳理一下一顆CPU的制造流程

芯片的制造工藝可概分為前道（Front End）和后道（Back End）工序，討論熱點極高的光刻屬于前道工藝，而相對冷門的芯片封裝屬于后道工藝，這里我將引用英特爾CPU生產(chǎn)的宣傳和臺積電的科普視頻做圖文講解

很多人都會說芯片就是沙子制造的，其實這個說法并不準(zhǔn)確；沙子的主要成分為二氧化硅，化學(xué)式為SiO?，但是芯片制造需要的是純度極高的硅，我們需要將二氧化硅還原為硅單質(zhì)Si

經(jīng)過還原，我們得到了粗硅

將粗硅不斷提純后加入到熔煉釜中

隨后將硅棒進(jìn)行切片、拋光，得到晶圓（Wafer）

值得一提的是，花費如此力氣是為了得到純度極高（9N~11N，99.9999999%~99.999999999%）內(nèi)部硅原子排列極其整齊的單晶硅晶圓，只有這樣的晶圓才能達(dá)到半導(dǎo)體制造的性能要求

硅棒的粗細(xì)決定了能切出的晶圓直徑，下圖展示的是6英寸、8英寸和12英寸晶圓

下邊就是涂抹光刻膠進(jìn)行光刻了

其實光刻并不直接在晶圓上刻蝕電路，它的原理類似于膠片的曝光顯影，將設(shè)計的電路顯影到晶圓上；光刻膠在受到光照的部分固化，未照射到的部分保持液態(tài)，隨后用超純水沖洗掉未固化部分，電路就印刷出來了

光刻完成后是蝕刻，這里又可分別為用腐蝕液體的濕式蝕刻和用離子轟擊的干式蝕刻，目的都是為了在晶圓上蝕刻溝槽；有光刻膠保護(hù)的部分不會被去除，這樣就形成了溝槽以容納電路器件，為接下來的氣相沉積做準(zhǔn)備

根據(jù)工程師的要求，會在電路的不同部分沉積不同的元素，以達(dá)到設(shè)計各種不同元器件的目的，所以光刻、蝕刻、氣相沉積、去除多余部分這幾個步驟，會在實際生產(chǎn)中根據(jù)電路的復(fù)雜程度重復(fù)若干次

制作完成的一整片晶圓經(jīng)過測試得出上面每顆芯片的體質(zhì)，根據(jù)市場賦予對應(yīng)體質(zhì)芯片的市場型號，一般來說一條生產(chǎn)線上的芯片可以對應(yīng)多個實際產(chǎn)品；最優(yōu)體質(zhì)的芯片當(dāng)然給最頂級的型號，次一級的降一點電壓，或者屏蔽一些缺陷電路制成中低端產(chǎn)品；在市場方面，假如只流片兩三種芯片，肯定難以滿足市場的多樣需求，所以一顆芯片通過屏蔽不良部分也可創(chuàng)造多款細(xì)分型號收割市場。以上這些都是為了提升良率，細(xì)分市場，俗稱刀法 :-D

切割得到的單顆芯片，Duang~經(jīng)過封裝就能成為我們的熟悉CPU/GPU了，我們平常見到的各種半導(dǎo)體器件，幾乎都是封裝好的樣子

這里到了本文的側(cè)重點，仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)，如果把芯片有電路的一面看作正面，反之為背面，正面朝上為正裝，反面朝上為倒裝，那么為什么目前所有的高性能芯片都選擇了倒裝？

很簡單，一切為了Power！??！倒扣封裝能獲得更好的性能

先理解關(guān)于芯片封裝的定義

安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接。因此，封裝對CPU和其他LSI集成電路都起著重要的作用

拓展一下，若將芯片封裝再細(xì)分一下，可將將芯片與基板連接部分成為內(nèi)部封裝，基板和主板連接部分稱為外部封裝

平常我們討論的LGA、PGA、BGA屬于外部封裝

GPU、內(nèi)存顆粒以及現(xiàn)在的筆記本平臺多用BGA

討論的芯片正裝和倒裝為內(nèi)部封裝

先說正裝，也就是打線封裝（WB：Wire Bonding），按照預(yù)先設(shè)計，芯片四周會留出若干黏著點供導(dǎo)線焊接連接基板

在芯片性能不高的時代多采用打線封裝，基本上就是讓芯片正面朝上，背面用樹脂固定在基板上，通訊接腳上制造一個黏著點，用金線將黏著點和基板電路連接起來，正面用樹脂或陶瓷保護(hù)金線和芯片電路

這種封裝方式的優(yōu)點是生產(chǎn)簡易、測試方便

缺點是只能在芯片四邊引出黏著點打金線，隨著芯片通訊需求增加，金線的增加越來越困難；另一方面，由于金線和芯片正面朝外，非常容易受外力遭到破壞，所以上方用樹脂或陶瓷覆蓋，又由于金線和芯片的正面電路導(dǎo)電，不能使用導(dǎo)熱率更高的金屬頂蓋；多重因素制約，導(dǎo)致打線封裝無法造出更好性能更好、功耗更高的芯片，所以現(xiàn)已在高性能芯片領(lǐng)域淘汰，僅在一些單片機或性能要求不高的芯片應(yīng)用上能見到其身影

然后是倒裝/覆晶封裝（FCP：Flip Chip Package），覆晶，顧名思義就是把芯片倒過來

同樣的，芯片需要對外通訊的連接點，這里的凸點（Bump）對應(yīng)打線封裝的黏著點（Bond pad），金線被印刷電路基板代替，然后在互聯(lián)點上涂抹焊接材料、加熱，用回流焊連接到一起，芯片和基板之間僅由凸點連接

芯片、凸點、基板由于材料不同，熱膨脹存在差異，芯片使用時發(fā)熱產(chǎn)生熱循環(huán)會對凸點形成應(yīng)力，如果焊接材料不好，應(yīng)力不加以緩解，嚴(yán)重的話會使焊點失效，造成芯片毀壞的情況（某低溫錫 :- (? ？）

當(dāng)然，除了焊料不能偷工減料，芯片廠也有緩解凸點應(yīng)力疲勞的方法，那就是在凸點縫隙間填充樹脂

解決了上述難題，CPU和GPU封裝毫不猶豫選擇了覆晶封裝的技術(shù)路線

相比打線封裝只能在四周引出金線互聯(lián)，芯片整面都能布置凸點，因此互聯(lián)能力大大增強；導(dǎo)線直接印刷在基板上，牢固程度比金線大大提高；芯片背面封裝在上，電路無需暴露在外，保護(hù)頂蓋變?yōu)榭蛇x項；芯片表面可以涂抹導(dǎo)熱率更高的釬焊或液金等導(dǎo)電材料而不用擔(dān)心毀壞芯片，諸多好處使得芯片倒裝成為目前高性能芯片的最優(yōu)選擇

覆晶封裝可以讓核心涂抹散熱材料直接與散熱器貼合，但是由于考慮到消費者或主機廠在到手CPU后需要自行安裝到主板上，還得安裝CPU散熱器，不同的散熱器扣具壓力大小也不一致；雖然核心直觸的散熱效果好，但如果操作不當(dāng)非常容易壓碎CPU核心（經(jīng)歷過這個時代的玩家肯定非常熟悉）因此桌面端CPU核心外露的設(shè)計只流行了一小段時間，制造商還是在核心上加了頂蓋

與打線封裝有著明顯不同，因為芯片背面不導(dǎo)電，頂蓋與核心之間使用導(dǎo)熱率高的液金或釬焊沒有任何問題

最終桌面CPU形成了基板+芯片+導(dǎo)熱材料+保護(hù)頂蓋，背面則是針腳/觸點的最優(yōu)設(shè)計，頂蓋采用導(dǎo)熱性能良好的銅材質(zhì)，表面為了防止氧化進(jìn)行鍍鎳處理，所以我們看到的CPU頂蓋具有鎳金屬的銀白外觀；相對芯片而言，面積更大的頂蓋也能將散熱器的扣具壓力均勻分散，壓碎核心的風(fēng)險大大降低

當(dāng)然廠商也有花小心機，把CPU核心和頂蓋之間的導(dǎo)熱材料由釬焊改成硅脂，用以降低成本；硅脂U出廠時導(dǎo)熱性能與釬焊U差距較小，但硅脂經(jīng)過一段時間使用老化后會降低導(dǎo)熱性能，反之釬焊則老化不明顯；如果CPU是賽揚或奔騰這種低端處理器，發(fā)熱不大售價也低，用硅脂填充也無可厚非，但連高端的i7甚至至尊級別的i9也采用硅脂填充，那良心真是大大滴壞了

好在現(xiàn)在英特爾和AMD的核戰(zhàn)爭愈演愈烈，CPU的功耗和熱密度越來越大，新的桌面CPU幾乎都是釬焊設(shè)計了

與桌面端CPU不同，我們購買到的顯卡和筆記本的CPU/GPU均采用核心外露設(shè)計，這是因為我們購買顯卡或者筆記本都是安裝好的成品，散熱模具也都是一對一的針對設(shè)計，廠商會設(shè)計一個合理的接觸壓力，保證散熱性能同時不至于壓力過大造成壓碎核心的情況，而且在筆記本上也有助于壓低整個散熱組件的垂直高度，使筆記本更輕薄

無論是正裝也好，倒裝也罷，上面列舉的芯片封裝黏著點/凸點均在一個平面上，所以將上述芯片的封裝工藝稱為2D/平面封裝

隨著人們對芯片性能要求的不斷提高，平面封裝經(jīng)歷了從正裝到倒裝的技術(shù)演變，滿足了很長一段時間內(nèi)的芯片通訊需求，然而當(dāng)下平面封裝技術(shù)已逐漸展現(xiàn)瓶頸，芯片提升性能越來越困難……在這樣的背景下，催生出了多芯封裝、2.5D甚至3D封裝，關(guān)于這些技術(shù)迭代，我們留到以后再說

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To?be continued…