先進(jìn)封裝基本術(shù)語

作者：時(shí)間：2023-07-04 來源：

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先進(jìn)封裝是“超越摩爾”(More than Moore)時(shí)代的一大技術(shù)亮點(diǎn)。當(dāng)芯片在每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上的微縮越來越困難、也越來越昂貴之際，工程師們將多個(gè)芯片放入先進(jìn)的封裝中，就不必再費(fèi)力縮小芯片了。本文將對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)中最常見的10個(gè)術(shù)語進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202307/448281.htm

2.5D封裝

2.5D封裝是傳統(tǒng)2D IC封裝技術(shù)的進(jìn)展，可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路與空間利用。在2.5D封裝中，裸晶堆?；虿⑴欧胖迷诰哂泄柰?TSV)的中介層(interposer)頂部。其底座，即中介層，可提供芯片之間的連接性。

2.5D封裝通常用于高端ASIC、FPGA、GPU和內(nèi)存立方體。2008年，賽靈思(Xilinx)將其大型FPGA劃分為四個(gè)良率更高的較小芯片，并將這些芯片連接到硅中介層。2.5D封裝由此誕生，并最終廣泛用于高帶寬內(nèi)存(HBM)處理器整合。

▲2.5D封裝示意圖

3D封裝

在3D IC封裝中，邏輯裸晶堆棧在一起或與儲(chǔ)存裸晶堆棧在一起，無需建構(gòu)大型的系統(tǒng)單芯片(SoC)。裸晶之間透過主動(dòng)中介層連接，2.5D IC封裝是利用導(dǎo)電凸塊或TSV將組件堆棧在中介層上，3D IC封裝則將多層硅晶圓與采用TSV的組件連接在一起。

TSV技術(shù)是2.5D和3D IC封裝中的關(guān)鍵使能技術(shù)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直使用HBM技術(shù)生產(chǎn)3D IC封裝的DRAM芯片。

▲從3D封裝的截面圖可以看出，透過金屬銅TSV實(shí)現(xiàn)了硅芯片之間的垂直互連

Chiplet

芯片庫中有一系列模塊化芯片可以采用裸晶到裸晶互連技術(shù)整合到封裝中。Chiplet是3D IC封裝的另一種形式，可以實(shí)現(xiàn)CMOS組件與非CMOS組件的異質(zhì)整合(Heterogeneous integration)。換句話說，它們是較小型的SoC，也叫做chiplet，而不是封裝中的大型SoC。

將大型SoC分解為較小的小芯片，與單顆裸晶相比具有更高的良率和更低的成本。Chiplet使設(shè)計(jì)人員可以充分利用各種IP，而不用考慮采用何種工藝節(jié)點(diǎn)，以及采用何種技術(shù)制造。他們可以采用多種材料，包括硅、玻璃和層壓板來制造芯片。

▲基于Chiplet的系統(tǒng)是由中介層上的多個(gè)Chiplet組成

扇出(Fan Out)封裝

在扇出封裝中，“連結(jié)”(connection)被扇出芯片表面，從而提供更多的外部I/O。它使用環(huán)氧樹脂成型材料(EMC)完全嵌入裸晶，不需要諸如晶圓凸塊、上助焊劑、倒裝芯片、清潔、底部噴灑充膠和固化等工藝流程，因此也無需中介層，使異質(zhì)整合變得更加簡(jiǎn)單。

與其他封裝類型相比，扇出技術(shù)提供了具有更多I/O的小尺寸封裝。2016年，它使Apple能夠使用臺(tái)積電的封裝技術(shù)將其16nm應(yīng)用處理器與移動(dòng)DRAM集成到 iPhone 7的一個(gè)封裝中，從而成為技術(shù)明星。

▲扇出封裝

扇出晶圓級(jí)封裝(FOWLP)

FOWLP技術(shù)是針對(duì)晶圓級(jí)封裝(WLP)的改進(jìn)，可以為硅芯片提供更多外部連接。它將芯片嵌入環(huán)氧樹脂成型材料中，然后在晶圓表面建構(gòu)高密度重分布層(RDL)并施加焊錫球，形成重構(gòu)晶圓(reconstituted wafer)。

它通常先將經(jīng)過處理的晶圓切成單顆裸晶，然后將裸晶分散放置在載體結(jié)構(gòu)(carrier structure)上，并填充間隙以形成重構(gòu)晶圓。FOWLP在封裝和應(yīng)用電路板之間提供了大量連接，而且由于基板比裸晶要大，裸晶的間距實(shí)際上更寬松。

▲FOWLP封裝示例

異質(zhì)整合

將分開制造的不同組件整合到更高級(jí)別的組件中，可以增強(qiáng)功能并改進(jìn)工作特性，因此半導(dǎo)體組件制造商能夠?qū)⒉捎貌煌に嚵鞒痰墓δ芙M件組合到一個(gè)組件中。

異質(zhì)整合類似于系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)，但它并不是將多顆裸晶整合在單個(gè)基板上，而是將多個(gè)IP以Chiplet的形式整合在單個(gè)基板上。異質(zhì)整合的基本思想是將多個(gè)具有不同功能的組件組合在同一個(gè)封裝中。

▲異質(zhì)整合中的一些技術(shù)建構(gòu)區(qū)塊

HBM

HBM是一種標(biāo)準(zhǔn)化的堆棧儲(chǔ)存技術(shù)，可為堆棧內(nèi)部，以及內(nèi)存與邏輯組件之間的數(shù)據(jù)提供高帶寬信道。HBM封裝將內(nèi)存裸晶堆棧起來，并透過TSV將它們連接在一起，從而創(chuàng)建更多的I/O和帶寬。

HBM是一種JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，它在封裝內(nèi)垂直整合了多層DRAM組件，封裝內(nèi)還有應(yīng)用處理器、GPU和SoC。HBM主要以2.5D封裝的形式實(shí)現(xiàn)，用于高端服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)芯片?，F(xiàn)在發(fā)布的HBM2版本解決了初始HBM版本中的容量和時(shí)鐘速率限制問題。