前言
半导体产业又称集成电路产业，是电子工业的心（芯）脏产业，集成电路是集多种高技术于一体的高科技产品，几乎存在于所有工业部门，决定着一个国家的装备水平和竞争实力。半导体产业是信息产业的核心，属于国家战略性基础产业。半导体产业是当今世界发展最为迅速和竞争最为激烈的产业之一。半导体产业链很复杂，设计、制造、封测、设备、材料、EDA、IP，直至芯片成品，其中每一个环节都需要非常专业的知识（见图0-1）。
图0-1 半导体产业链示意图
芯片的大体制备流程包括芯片设计→圆晶制造→封装测试。所谓半导体“封装（Packaging）”，是芯片生产过程的最后一道工序，是将集成电路用绝缘的材料包封的技术。封装工艺主要有以下功能：功率分配（电源分配）、信号分配、散热通道、隔离保护和机械支持等。封装对于芯片来说是必需的，也是不可或缺的一个环节，因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能的下降。另外，封装后的芯片也更便于安装和运输。可以说封装是半导体集成电路与电路板的连接桥梁，封装技术的好坏还直接影响到芯片自身的性能和印制电路板（Print Circuit Board，PCB）的设计与制造。半导体封装和测试行业相比半导体芯片晶圆制造（前道）来说具有投资少、风险低、回报快、劳动力相对集中的特点，对技术设备等要求也没有前道工序复杂和高。二十世纪八九十年代以来，由于引进外资和开放力度的加强，长三角、珠三角以及天津地区陆续投资了许多半导体封装和测试的外资公司，这些公司带来的技术和资金以及先进的管理思维，再加上当地政府的扶持，各方资源的优化，发展很快。目前我国的半导体封装和测试行业在世界半导体产业链中已经形成一定的规模优势，成为许多著名半导体公司的重要加工基地，已经形成了一定的规模优势。
我国第一次走入芯片发展史是在轰轰烈烈的“一五”计划前后。我国的半导体技术和工业体系也是在此阶段建立起来的。1958年起，上海元件五厂、上海电子管厂和上海无线电十四厂等先后成立。浙江和江苏也建立起一批半导体企业。上海的半导体工业在当时处于全国前列。1968年，上海又组建无线电十九厂，与北京的东光电工厂并驾齐驱。1980年，无锡江南无线电器材厂（742厂）宣布从日本东芝公司引进彩色和黑白电视机集成电路5μm全套生产线。这是我国第一次从国外引进集成电路技术。1986年，电子工业部在厦门召开集成电路发展战略研讨会，提出了“七五”（1986～1990年）期间的“531”发展战略，并决定在上海和北京建设两个微电子基地。1988～1995年，上海先后成立上海贝岭、上海飞利浦、上海松下等半导体公司。1988年，871厂绍兴分厂改名为华越微电子有限公司，建起了规模化、现代化的集成电路IDM模式，产量曾多年位居全国第二，并为浙江培养了大量的集成电路生产人才。1998年，上海贝岭在上交所上市，成为我国集成电路行业的首家上市企业。
随着国家对集成电路产业的日益重视，更大规模的“908工程”（1990年）和“909工程”（1995年）也启动了。“908工程”的重点是无锡华晶，目标是突破超大规模集成电路。然而实际情况是建设周期太长，待生产线建成投产时，技术水平已落后于国际主流。在一系列曲折探索后，1995年出台的“909工程”吸取之前的经验教训，确定了我国电子工业有史以来最大的一笔投资规模：100亿元。1997年，上海华虹与日本电气（NEC）合资组建华虹NEC，不到两年时间就建成并投片64MB的DRAM，“抓住了半导体高潮的尾巴”，当年实现盈利。2000年创立的中芯国际，钉下了上海乃至我国造芯史上的关键节点。3年时间，中芯国际就建立起4条8in[1]生产线和1条12in生产线，到2005年就已成为全球第三大晶圆代工厂。这样的速度，全世界独此一家。在中芯国际落成后，世界芯片代工企业也纷纷落户上海。短短两三年时间，到2003年上半年，上海已拥有芯片代工企业11家，已建和在建的生产线18条，其中10条为8in生产线，占全国70%以上。江苏的苏州、无锡，也紧紧抓住了这一波外资和人才的浪潮。
2013年，我国集成电路产业总产值达到405亿美元，占全球比重已经达到13.3%。2014年9月，被称为“大基金”的国家集成电路产业基金挂牌成立，规模上千亿。无锡长电成为“大基金”的支持企业之一，在2015年收购星科金朋，成为全球第三大芯片封测巨头；通富微电并购AMD封装厂成为国内唯一封装CPU、GPU的OSAT工厂；之前坐看省内“赛马”的南京也突然发力，短短几年时间，南京已经形成了一个芯片半导体产业集群，江苏的集成电路实力更是如虎添翼。上海在互联网发展最快的2000年之后，倾尽资源支持集成电路发展，在张江高科里聚集了各类芯片设计、制造、服务公司，曾经产值占全国一半。加上浙江士兰微、斯达等国内IDM公司的涌现，再结合长三角地区本来就领先的人文、人才教育资源，使得长三角地区成为了我国的“硅谷”区域的初步雏形。
半导体封装伴随着半导体的制造也是历经起伏，不过因为技术特点相对简单，投资密度小，没有半导体制造波动那么大。但也经历了以下发展阶段：
• 第一阶段是在20世纪70年代以前，主要是通孔插装型封装。典型封装形式有：金属圆形（TO型）封装、陶瓷双列直插封装（CDIP）、塑料双列直插封装（PDIP）等。
• 第二阶段是在20世纪80年代以后，主要是表面贴装型封装。典型封装形式有：塑料有引线片式载体（PLCC）封装、塑料四边引线扁平封装（PQFP）、塑料小外形封装（PSOP）、无引线四边扁平封装（PQFN）。
• 第三阶段是在20世纪90年代以后，主要是焊球阵列封装（BGA）、圆片级封装（WLP）、芯片尺寸封装（CSP）。典型封装形式有：塑料焊球阵列封装（PBGA）、陶瓷焊球阵列封装（CBGA）、载带焊球阵列封装（TBGA）、带散热器焊球阵列封装（EBGA）、倒装焊球阵列封装（FCBGA）、引线框架型CSP封装、柔性刚性线路封装（CSP）、晶圆片级芯片规模封装（WLCSP）等。同时，这一阶段是我国改革开放吸引外资的经济腾飞阶段，90年代中期，许多外资IDM公司和芯片封测服务世界排名前列的头部企业纷纷在长三角和珠三角地区设立封测工厂，比较典型的如三星、超微、英特尔、仙童、瑞萨、英飞凌等IDM公司在苏州、上海、无锡建设自己的封测工厂，星科金鹏、日月光和安靠等在上海建立封测服务工厂等。这些外资工厂带动了我国半导体产业加速发展，并为我国半导体封测行业培养了一大批技术管理人才。
• 第四阶段是从20世纪末开始，主要是多芯片组件（MCM）、系统级封装（SIP）、三维立体（3D）封装。典型封装形式有：多层陶瓷基板（MCMC）、多层薄膜基板（MCMD）、多层印制板（MCML）。
• 第五阶段是从2010年左右开始，主要是系统级单芯片封装（SoC）、小芯片封装、微机电系统（MEMS）封装等。
作者于1997年进入半导体封装行业，服务过的公司有三星、仙童、霍尼韦尔和通富微电，基本见证了我国半导体封装的高速发展历程。因为长期从事功率半导体封装有关的技术工作，积累了一些经验和心得，值此半导体行业大发展时期，做些整理、总结和归纳的工作，希望在此基础上与业界专家和学者共同探讨激发创新，并给有志于加入我国半导体封装队伍的新一代半导体封装工作者做个技术入门和参考。
本书主要阐述功率半导体封装技术发展的历程及其涉及的材料、工艺、结构设计及质量控制和认证等方面的基本原理、方法及经验，限于水平，书中难免会有错误和遗漏的地方，希望各专家学者给予批评指正。本书可以作为各大专院校微电子、集成电路及半导体封装专业开设封装课程的规划教材和辅助用书，也可供半导体封装从业者参考。
朱正宇
2022年1月于南通
[1] 1in=0.0254m。