高密度晶片時代下的EMI電磁挑戰
隨著晶片製程不斷縮小、運算頻率持續提升，半導體產業正面臨前所未有的電磁挑戰。晶片內部線路的開關速度動輒達數GHz以上，這使得 EMI電磁干擾（Electromagnetic Interference） 成為封裝與系統整合設計中不可忽視的隱憂。尤其在多晶片模組（Multi-Chip Module, MCM）與系統級封裝（System in Package, SiP）架構中，不同晶片間的電磁耦合可能導致訊號干擾、功率不穩定、甚至資料傳輸錯誤。
EMI電磁干擾主要分為兩種形式：傳導干擾（Conducted EMI） 與 輻射干擾（Radiated EMI）。在封裝環境中，傳導干擾多源於電源與接地層的阻抗不均，輻射干擾則來自高速訊號線或封裝引腳的耦合效應。當干擾能量未被有效吸收或隔離，就可能沿著封裝基板或金屬引線傳遞，影響其他模組或晶片功能。例如，在5G射頻前端模組（RF FEM）中，功率放大器（PA）若輻射過強，便可能影響相鄰的低雜訊放大器（LNA），造成訊號失真與靈敏度下降。這種現象在高頻、高整合的封裝環境中更為嚴重。
降低EMI電磁干擾的封裝設計與工程對策
為了抑制 EMI電磁干擾，半導體封裝工程師必須在結構設計、材料選擇與電磁防護策略之間取得平衡。以下是主要的改善方向：
一、電源與接地結構優化
在封裝設計中，穩定的電源與接地是抑制EMI的第一步。使用多層封裝基板（如ABF或BT基板）時，應確保電源層與地層緊密耦合，形成低阻抗返回路徑。這能有效減少共模電流，降低輻射強度。此外，可在晶片電源端與封裝內部加入 去耦電容（Decoupling Capacitor），以濾除高頻雜訊。對於高速介面（如PCIe、SerDes、USB4），設計時需控制差動對線長與阻抗匹配，避免反射與串擾。
二、導電屏蔽結構（Shielding）設計
隨著封裝密度提升，傳統的PCB層面屏蔽已無法滿足需求，封裝層級的 導電屏蔽技術 因此興起。常見方法包括：
金屬蓋封（Metal Lid / Shield Can）：在封裝外部覆蓋導電金屬蓋，隔絕外部輻射。
導電鍍膜（Conductive Coating）：在封裝表面塗覆導電層，如Ni、Cu、Ag等材料，能有效降低高頻輻射。
封裝內部屏蔽牆（Embedded Shield Wall）：在模組內部導入金屬層或導電膠，分隔不同功能區域，防止訊號耦合。
這些方法不僅能降低輻射干擾，也有助於提升整體熱管理效能。
三、材料與介電特性的控制
封裝材料的介電常數與損耗因子會影響電磁波的傳播行為。選擇低介電常數（Low-k）與低損耗材料，可降低訊號反射與延遲。此外，新一代 磁性複合材料 已被應用於封裝層間，以吸收高頻雜訊並減少反射效應。這類材料能在不增加體積的情況下提供有效的吸波功能，非常適合應用於RF與高速運算晶片封裝中。
四、模擬與測試驗證技術
在封裝開發初期，工程師可透過 3D電磁模擬（EM Simulation） 預測潛在干擾源，分析封裝結構的輻射特性。常用的工具如Ansys HFSS、Keysight EMPro，可模擬多層結構的場分布與共振行為。封裝完成後，則需通過 EMI與EMC測試，包括輻射發射（RE）、靜電放電（ESD）與電快速瞬變（EFT）等項目，確保產品在實際應用中能穩定運作。
五、未來的設計趨勢
面對高速與高頻應用的需求，半導體封裝的EMI設計正朝「主動化」與「整合化」發展。
主動式EMI抑制（Active EMI Suppression）：透過偵測干擾波並產生反相信號來抵銷輻射。
整合式封裝屏蔽（Integrated EMI Shielding）：將導電層直接整合於晶圓封裝製程中，減少額外組裝成本。
AI輔助設計（AI-assisted Modeling）：利用機器學習自動調整封裝參數，以達到最佳電磁相容性。
總結來說，EMI電磁干擾在半導體封裝設計中不再只是「測試階段的問題」，而是整個產品可靠度與性能表現的核心。唯有在設計源頭導入電磁防護概念，結合材料創新、模擬技術與結構優化，才能確保晶片在高頻、高密度應用中維持穩定與高效。