多人觉得封装只是给芯片套个壳，但其实封装工程是一套从芯片到终端产品的阶梯式集成系统—— 从芯片内部的互连，到最终电子产品的组装，分为零级到四级共五个技术层次。每一层都有明确的核心任务，就像盖房子：先打好芯片的 “地基”（零级 / 一级），再搭建功能 “模块”（二级），组装成 “楼层”（三级），最后建成完整 “建筑”（四级）。今天咱们就拆解这五个技术层次的核心逻辑、工艺细节和应用价值，看懂封装如何从 “保护芯片” 升级为 “提升系统性能”。

一、零级层次（Level 0）零级层次是最基础也最容易被忽视的一步 —— 芯片内部的互连工艺。它指的是在晶圆制造阶段，顺利获得金属布线（如铜、铝）将芯片上的晶体管、电容等元器件连接起来，形成完整的电路功能。这一步虽然属于前道工艺，但被归为 “零级封装”，因为它是后续所有封装层次的基础 —— 如果芯片内部互连失效，后续再精密的封装也毫无意义。零级层次的核心要求是 “精细与可靠”：随着制程演进到 3nm、2nm，金属布线的线宽已缩小到 10nm 以下，需要解决电迁移、串扰等问题。比如采用铜 damascene工艺制作布线，搭配低k介质材料减少信号延迟，确保芯片内部的电信号高效传输。这一步的质量直接决定了芯片的基础性能，也是后续封装层次 “互联互通” 的前提。

二、一级层次（Level 1）一级层次是封装工程的 “核心第一步”，核心任务是把裸芯片变成 “可组装的模块”。具体包括三个关键工艺：芯片粘贴固定（Die Attach）、互连（Interconnection）、封装保护（Encapsulation）。芯片粘贴：把裸芯片固定在封装基板或引脚架上，常用环氧胶、焊料等材料，既要保证机械固定，又要兼顾散热；互连：顺利获得金丝键合、铜柱互连、TSV等方式，将芯片的 I/O 焊盘与封装基板 / 引脚架连接，实现芯片与外界的信号、电源传输 —— 比如手机芯片常用铜柱互连，3D 封装则依赖 TSV 实现芯片堆叠互连；封装保护：用塑封料、陶瓷、金属等材料包裹芯片，隔绝湿气、灰尘和机械冲击，比如消费电子常用低成本塑封料，汽车电子、航空航天则用高可靠的陶瓷封装。一级封装的最终产物是 “封装器件”，它让裸芯片从 “脆弱的晶圆切片” 变成 “易于取放、可批量组装” 的标准化元件。这一步的关键是平衡 “小型化” 与 “可靠性”—— 比如 CSP 封装的面积仅为芯片的 1.2 倍，却要保证在 - 40~85℃环境下稳定工作 5 年以上。

三、二级层次（Level 2）二级层次是将一级封装后的器件，与电阻、电容、电感等无源元件，一起组装到电路卡（PCB 子卡）上，形成具有特定功能的模块。比如手机的射频模块、电脑的显卡，都属于二级封装的产物。这一步的核心工艺是表面贴装技术（SMT）—— 顺利获得贴片机将封装器件精准贴装到 PCB 的焊盘上，再经过回流焊固化，实现电气连接。关键要求是 “高精度贴装” 和 “互连可靠性”：随着器件尺寸缩小，贴装精度需控制在 ±5μm 以内；同时要避免回流焊时的热应力导致封装开裂、焊点虚焊。二级封装的价值是 “功能整合”—— 把分散的元器件变成一个能独立完成特定任务的模块，既简化了后续组装流程，又便于维修和替换。比如某汽车的雷达模块，顺利获得二级封装将雷达芯片、信号处理芯片、电源管理芯片集成在一块 PCB 上，直接安装到汽车保险杠内即可工作。

四、三级层次（Level 3）三级层次是将多个二级封装的功能模块，组装到主电路板上，形成一个完整的子系统。比如手机的主板、服务器的主板，都属于三级封装的成果。这一步的核心挑战是 “多模块协同”：既要解决不同模块之间的信号互连，又要处理散热问题；同时还要保证机械稳定性，避免运输、使用过程中模块松动。比如 AI 服务器的主板，需要将 CPU、GPU、HBM 内存模块、I/O 扩展模块等多个高功耗模块集成在一起，不仅要实现 PCIe 5.0、DDR5 等高速互连，还要顺利获得液冷或风冷系统将总功耗控制在千瓦级以下。这一步的质量直接决定了子系统的性能、可靠性和散热效率。

五、四级层次（Level 4）四级层次是封装工程的最后一步：将多个三级封装的子系统，与机械结构、外设、电源等整合，组装成最终的电子产品。比如手机、笔记本电脑、服务器整机，都属于四级封装的产物。这一步的核心是 “系统兼容性”：需要确保各个子系统之间的电气匹配、机械适配和散热平衡；同时还要进行系统调试和可靠性测试，比如手机的跌落测试、服务器的长时间稳定性测试，确保产品符合使用要求。四级封装的意义是 “从技术到产品”—— 将抽象的半导体技术，转化为能满足用户需求的终端设备，完成封装工程的最终使命。

六、层次的灵活重构需要注意的是，封装层次的划分并不是绝对的，随着先进封装技术的开展，层次边界正在逐渐模糊：省略一级封装：Chip-on-Board（COB）技术直接将裸芯片贴装到二级封装的 PCB 上，省略了一级封装的基板和塑封，实现 “轻、薄、短、小”，常用于显示屏驱动芯片、低成本消费电子；层次融合：混合电子电路将一级和二级封装技术结合，在陶瓷基板上直接制作电阻、电容，再贴装芯片，兼顾高密度和高可靠性，用于航空航天电子；三维集成：3D 封装、Chiplet技术顺利获得芯片堆叠、芯粒互连，将多个一级封装的芯片整合在一个封装体中，相当于在一级封装中实现了多级集成的功能，大幅提升系统性能和集成度。这些灵活的封装形态，本质上是为了适配不同产品的需求 —— 比如消费电子追求小型化、低成本，航空航天追求高可靠、抗恶劣环境，先进计算追求高性能、高密度。封装工程的五个技术层次，本质上是一套 “从微观到宏观” 的系统集成逻辑：零级层次解决芯片内部的互连，一级层次实现芯片与外界的连接，二级层次搭建功能模块，三级层次整合子系统，四级层次形成终端产品。每一层都承上启下，缺一不可。随着半导体技术向先进封装、异构集成演进，封装层次的边界会越来越模糊，但 “阶梯式集成” 的核心逻辑不会变 —— 封装不再是简单的 “保护和连接”，而是顺利获得各层次的优化协同，成为提升系统性能、缩小产品尺寸、降低成本的关键环节。

免责申明：本文内容转自：微信公众号“半导体封装工程师之家”。文字、素材、图片版权等内容属于原作者，本站转载内容仅供大家分享学习。如果侵害了原著作人的合法权益，请及时与我们联系，我们会安排删除相关内容。本文内容为原作者观点，并不代表我们赞同其观点和（或）对其真实性负责。

来源：半导体封装工程师之家