概述

在封装发展的第二个阶段，是多芯片的互联(见图2)。在一个陶瓷或金属的封装管壳内，通过多层陶瓷基板，连接多个集成电路芯片，以及电容、电感等器件，从而使单个器件实现了更为复杂的功能，也大幅提高了组装密度。随着低温共烧陶瓷基板的推广应用，允许阻容元件内埋于基板内部，器件也拥有了更高的基板层数和更好的高频特性。在这个阶段，封装技术仍然在传统封装工艺范畴内，主要还是划片、粘片、键合和密封四个工序。

高密度集成技术的发展，牵引着封装技术发展的新阶段。重布线层(RDL)、植球(Bumping)、倒装焊(Flip Chip，FC)是先封装技术的三要素，如何发挥这些技术在封装互联上的优势，解决新技术的可靠性问题，是实现高密度先进封装的关键。在民用产品和工业产品中，从平面组装，到2.5D堆叠封装，到异质三维集成和芯片纵向堆叠，到真正三维互联(多种芯片、硅转接板、多层基板)，再到晶圆级封装在智能手机设备、嵌入式CPU等器件上的应用，技术已经较为成熟。但在高可靠封装领域中，这些技术的应用还需科研工作者开展更多的工作。

历史的发展赋予了我国集成电路产业特有的使命。随着竞争愈演愈烈，甚至出现芯片断供，集成电路国产化显得越发迫切。国内外环境和需求变化促进封装技术不断突破传统民用级、工业级界限，在高可靠产品中得到更多应用。民用集成电路关注的要素，是更低的成本、更高的集成数量、更多的功能。高可靠集成电路关注的最核心要素则是可靠性。在封装发展的第四个阶段，高可靠封装与一般封装的范围逐渐相互融合。宇航用塑封器件、3D堆叠存储器、FC+BGA器件等产品在高可靠封装领域崭露头角。

半导体材料的发展和集成电路应用领域的拓展，带动了封装的新发展。第一代半导体是硅(Si)、锗(Ge)元素材料，硅芯片遍布在人类社会的每一个角落。第二代半导体是砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)等化合物半导体材料，主要用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。第三代半导体是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石为代表，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.2eV)和高温半导体材料。新材料的发展和新领域的应用带来了封装发展的又一个新阶段，使其向着高温封装和低温封装不断发展(见图3)。耐高温芯片、高导热陶瓷基板和高温焊料等具有更高热性能的封装原材料，是实现高温封装的基础，其产品主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器及汽车电子等大功率器件领域。随着航天探索、深海探测等领域的不断开拓，低温封装器件的需求也在增加。

图3

电子封装技术是一门新兴的交叉学科，涉及机械、焊接、材料、电气、化工等多个学科领域。好的集成电路封装，不仅高度依赖结构设计、组装制造、仿真分析、可靠性评价、失效分析等实用工艺与方法，更对基础理论和基本原理等最本质、最核心的规律和机理的掌握有很高的要求。同时，高可靠封装技术的发展，也离不开新材料、新技术、新工艺和高精密设备等方面的共同进步。

3D封装具有成本高、不易检验的特点。在器件封装过程中，为了提高成品率，降低成本，“一步一检”的理念被提出，即每一步组装后都增加电性能测试和必要的质量检验，及早发现并及时解决问题。“一步一检”理念伴随着可靠性检验的前移，也同时要求在设计阶段，就对组装过程中的测试和检验设计必要的测试点。相比于传统封装，3D封装技术对设计、流片、封装和测试的协同提出了新的要求。此外，超声扫描、3D-X射线等更多、更有效的无损检测手段将被应用到3D封装的检验环节中，与传统的检验方法相互配合，为封装技术注人了新的活力。3D封装技术将更多功能“塞”到一起封装起来，是实现器件小型化、多功能的重要途径，未来一定会有更大的进步，在高可靠领域也不例外。

行业核心技术理念表明，半导体器件与系统研发的核心方向，是兼顾高性能与低成本，将芯粒技术与多芯片异构集成封装相结合，采用模块化堆叠、积木式集成的方式制备芯片，有望重构芯片设计与制造行业格局，实现技术螺旋式升级突破。当前芯粒异构集成仍存在多项行业共性难题：全球范围内暂无统一标准化的芯粒组装与封装工艺、芯粒间互联方案未形成统一共识、缺少适配全产业链的芯粒验证与测试标准、设计与制造环节数据互通体系不完善。从国内产业布局来看，头部封测企业在先进封装、异构集成领域已实现技术突破，工程化应用能力稳步提升，后续发展潜力充足。

异构集成并非对传统多芯片封装技术的简单回归，而是伴随先进工艺、新型材料、高精度互联技术持续赋能，实现技术升级与场景革新，后续在高可靠封装领域，也将持续迭代出更适配特种场景的新型技术方案，发挥核心支撑作用。

随着塑封材料、组装工艺和航天科技的发展，以美国SpaceX公司等为代表的商业航天公司，将成本和可靠性统筹考虑，在宇航工程中允许大量使用商用塑封器件，从而减低成本，加快研制进度，并形成了一套有别于美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)的质量保证方法。

我国标准GJB7400一2011规定了N级(塑封器件)产品质量保证等级，使得塑封器件可靠性有据可依。中国电子科技集团公司第五十八研究所等单位建立了高可靠塑封生产线。我国研究人员结合DPA、超声扫描等手段，在塑封器件温度循环后分层，受潮受热后“爆米花”现象等问题上开展了大量研究。

面向柔性电子与柔性封装器件长期发展，行业内形成五大核心发展方向：一是依托碳基材料与光电子技术融合，打造先导性光电子柔性电子产业集群，搭建高端柔性电子产业基地；二是完善柔性电子领域顶层技术规划，统筹颠覆性技术研发与产业落地；三是健全柔性电子技术创新配套政策体系，规范行业研发与量产标准；四是加大前端基础创新研发资金投入，攻克底层核心技术；五是优化柔性电子产业落地准入机制，推动前沿技术快速产业化。

相较于传统刚性硬质封装，柔性电子封装器件具备可弯曲、可压缩、可拉伸、易形变的特性，既可以在狭小异形空间内完成高密度布局安装，又具备可穿戴、可植入、皮肤贴合等仿生适配能力，能够完美适配人体、复杂外部环境的形变需求，在有机发光器件、柔性显示屏、柔性光伏电池、生物医疗电子、便携诊疗设备等领域，拥有广阔的商业化应用前景。

在高可靠特种装备领域，柔性封装器件兼具轻薄、便携、可形变的独特优势，结合前沿通信、定位、智能感知技术，柔性封装可视化穿戴设备、高精度定位装置、特种通信终端、外骨骼防护装备等产品，能够大幅提升特种装备便携性与实战性能，适配高端特种装备轻量化、智能化需求。

20世纪70年代，美国开始研究封装抗辐射技术。封装屏蔽技术经历了重金属贴片屏蔽、高分子材料涂覆屏蔽和抗辐射封装外壳等几个阶段。我国也有大量机构和学者投身在辐射屏蔽机理、方法和工艺研究中。但是，在现有的封装加固方法中，普遍存在屏蔽材料有效面积比率低、屏蔽层与封装基体结合度差等问题。最近，国内多家机构也开展了纳米材料屏蔽高能电子、质子辐射的研究，通过高Z、低Z材料的组合，可以更高效地屏蔽高能粒子。不过，仍有一些机构和研究人员还没有搞清楚，封装加固究竟要“防什么”和“怎么防”，将真实空间辐射环境和地面辐照试验的对应关系搞混淆。