現(xiàn)代半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)

逍遙設(shè)計自動化

先進(jìn)封裝簡介
" E. y; g7 }9 z* Q0 ~9 ^# ?先進(jìn)封裝技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主要推動力之一，為突破傳統(tǒng)摩爾定律限制提供了新的技術(shù)手段。本文探討先進(jìn)封裝的核心概念、技術(shù)和發(fā)展趨勢[1]。
; I' {$ ]8 g5 g4 U4 G6 f
1 D" k% y! C' l9 M0 H圖1展示了硅通孔(TSV)技術(shù)的示意圖和實物照片，顯示了垂直互聯(lián)結(jié)構(gòu)。

XY平面和Z軸延伸的關(guān)鍵技術(shù)
$ ?6 A' [3 @3 t+ O# ^" `; _現(xiàn)代先進(jìn)封裝可分為兩種主要方式：XY平面延伸和Z軸延伸。XY平面延伸主要利用重布線層(RDL)技術(shù)進(jìn)行信號布線，而Z軸延伸則采用硅通孔(TSV)技術(shù)實現(xiàn)垂直連接。

7 Z& A. V* R  O圖2展示了扇入和扇出重布線的示意圖，說明了重新分布芯片連接的不同方法。

4 @. {4 z& N- v  M扇出技術(shù)及演進(jìn)
扇出晶圓級封裝(FOWLP)是先進(jìn)封裝的重要發(fā)展之一。該技術(shù)將重布線層擴展到芯片區(qū)域之外，在保持緊湊外形的同時增加輸入/輸出連接數(shù)量。該技術(shù)已發(fā)展出集成扇出(InFO)和面板級扇出封裝(FOPLP)等變體。
# b. p7 c; Z$ x% p. k5 b7 F
! j/ ^+ ~  F+ k圖3對比了FIWLP、FOWLP和InFO技術(shù)，展示其結(jié)構(gòu)差異和演進(jìn)過程。
4 L! r8 s* i" k- Q$ U8 g
TSV集成與實現(xiàn)
TSV技術(shù)實現(xiàn)了先進(jìn)封裝中的真正3D集成。TSV可以采用3D或2.5D配置實現(xiàn)，每種方法都具有不同應(yīng)用場景的優(yōu)勢。

圖4展示了3D TSV和2.5D TSV的示意圖，說明這兩種方法的根本區(qū)別。
/ e3 K) p  l, z6 O3 p1 I
行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者及解決方案
主要半導(dǎo)體公司都開發(fā)了自己的先進(jìn)封裝技術(shù)。臺積電的晶圓級芯片堆疊(CoWoS)技術(shù)在高性能計算應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。

圖5顯示了CoWoS結(jié)構(gòu)示意圖，展示了芯片在硅中介層和基板上的集成方式。
1 q" [' I% H  @
- @& ]6 q5 A+ T% r, e, _先進(jìn)內(nèi)存集成
高帶寬內(nèi)存(HBM)是先進(jìn)封裝領(lǐng)域的重要突破，特別適用于圖形處理和高性能計算應(yīng)用。HBM將3D堆疊與高速接口相結(jié)合，實現(xiàn)了極高的內(nèi)存帶寬。

+ t: H' f# b( h4 H$ ]$ I3 d圖6展示了HBM技術(shù)示意圖和實物剖面，顯示了堆疊內(nèi)存結(jié)構(gòu)和互連方式。

英特爾的先進(jìn)封裝方案
# j9 g/ z: Y* h5 k9 W1 L英特爾推出了嵌入式多芯片互連橋接(EMIB)和Foveros等創(chuàng)新技術(shù)。這些方法提供了實現(xiàn)高密度集成的不同途徑。
3 {# X. G5 s+ x! C2 c* s( S  G5 j
圖7對比了EMIB、Foveros和CO-EMIB的技術(shù)示意圖和產(chǎn)品剖面，展示了英特爾各種先進(jìn)封裝解決方案。

先進(jìn)封裝的基本要素
先進(jìn)封裝的基礎(chǔ)建立在四個關(guān)鍵要素之上：RDL、TSV、凸點和晶圓。這些要素共同支持各種集成方法和技術(shù)。
* z3 R4 ~( E' t* _7 D7 S2 R
圖8展示了先進(jìn)封裝的四個要素：RDL、TSV、凸點和晶圓，說明各要素間的相互關(guān)系。

- P; e9 P, H7 S- p) w! w7 v技術(shù)趨勢與演進(jìn)
隨著技術(shù)進(jìn)步，這些要素出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，特別是凸點技術(shù)逐漸向更細(xì)間距發(fā)展，在硅對硅接口中可能最終被淘汰。

' h) M1 {6 O, T) J2 F# _6 n圖9顯示了凸點技術(shù)的發(fā)展趨勢，描述了向更細(xì)間距演進(jìn)并最終在硅接口中消失的過程。
5 N+ S- E  P; D: t: A
( P- O/ m1 V, u: o* r8 N先進(jìn)封裝與SiP的關(guān)系
7 U8 M/ b8 G' g: E1 K  p; }% U  h先進(jìn)封裝與系統(tǒng)級封裝(SiP)的關(guān)系復(fù)雜，既有重疊又有區(qū)別。雖然所有先進(jìn)封裝解決方案都旨在提高系統(tǒng)密度和性能，但采用的方法和技術(shù)可能不同。

圖10描述了HDAP和SiP的關(guān)系，展示重疊區(qū)域和獨特特征。

( e$ t& o: S4 n4 l+ |3 T8 p未來展望與行業(yè)影響
& ]5 m' j( Y/ ~! J8 S+ c先進(jìn)封裝技術(shù)持續(xù)發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，以滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品日益增長的需求。從移動設(shè)備到高性能計算，先進(jìn)封裝在推動下一代電子系統(tǒng)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

- E2 q8 c+ n+ u" Y9 Y5 b; N' g1 M  _近年來，行業(yè)出現(xiàn)了許多重要創(chuàng)新，如臺積電的SoIC和三星的X-Cube等技術(shù)，推動了先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展。這些進(jìn)展表明，先進(jìn)封裝將繼續(xù)推動半導(dǎo)體創(chuàng)新，提供提升系統(tǒng)性能、降低功耗的新方法。

3 v6 j1 @+ n- E0 |8 K先進(jìn)封裝代表了半導(dǎo)體技術(shù)從傳統(tǒng)的"重外部"封裝轉(zhuǎn)向"重內(nèi)部"集成。轉(zhuǎn)變促進(jìn)了芯片設(shè)計團隊和封裝團隊的緊密合作，為現(xiàn)代電子系統(tǒng)提供了更優(yōu)化、更高效的解決方案。
+ ]$ t+ r! x: ^* y6 i8 b
參考文獻(xiàn)
# P& ^$ R& @& ]" c[1] S. Li, "SiP and Advanced Packaging Technology," in MicroSystem Based on SiP Technology. Beijing, China: Publishing House of Electronics Industry, 2022, ch. 5, pp. 117-154.

% L/ r5 Q: G5 M% b, yEND
  J. E+ j0 D" ]$ p( i- Z

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
2 M& p0 j- v+ Q$ {* E1 ]5 w點擊左下角"閱讀原文"馬上申請

% s5 _* U  L/ t" K3 U歡迎轉(zhuǎn)載
- D: W- _- O( z/ U9 }
轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！

( y$ K* [/ ?2 m: Z* p4 T. a7 H$ `


/ {* W2 s% ?- ]1 P5 h0 e. F6 U9 W
關(guān)注我們

9 P* R) g) S; b; k 6 n9 i3 g/ M) |/ J; K6 \

                     

0 d6 h5 K- L) Q, h+ y2 I

$ `8 k$ z, S  u& R# Y" I! m- j關(guān)于我們：
- U9 F: A1 u) O: T+ r深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

5 Y; E  g+ N% Q4 U7 lhttp://www.latitudeda.com/
$ p1 d# M/ C$ ?9 P6 U（點擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）