現(xiàn)代半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)

逍遙設(shè)計(jì)自動化

先進(jìn)封裝簡介
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]。
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圖1展示了硅通孔(TSV)技術(shù)的示意圖和實(shí)物照片，顯示了垂直互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
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& ?' F' W9 k  l2 _XY平面和Z軸延伸的關(guān)鍵技術(shù)
6 c; O# q+ x% D( h( ~. S4 x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(shí)現(xiàn)垂直連接。

, n6 G% ?3 O7 T0 [  M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。

扇出技術(shù)及演進(jìn)
0 t, g* ?9 X0 ~! }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(kuò)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。
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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。

6 A7 n  l& i7 D, A7 y5 R" ]4 K9 w7 GTSV集成與實(shí)現(xiàn)
TSV技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)，每種方法都具有不同應(yīng)用場景的優(yōu)勢。

  J8 n% X9 N% E. k4 i6 G% H; `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。

行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者及解決方案
8 W8 B' l# m6 X; C% D3 Y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(jì)算應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。
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/ G/ U5 ^1 N% ]; U' N, R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。
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$ e& H  S! R  J: e& F先進(jìn)內(nèi)存集成
1 V* |" q2 T' m# j9 h8 d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(jì)算應(yīng)用。HBM將3D堆疊與高速接口相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了極高的內(nèi)存帶寬。

9 f! e1 {# `6 [5 g圖6展示了HBM技術(shù)示意圖和實(shí)物剖面，顯示了堆疊內(nèi)存結(jié)構(gòu)和互連方式。
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英特爾的先進(jìn)封裝方案
7 M) H4 @8 x% ~9 w: u: U* C6 X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(shí)現(xiàn)高密度集成的不同途徑。

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。
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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(diǎn)和晶圓。這些要素共同支持各種集成方法和技術(shù)。
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圖8展示了先進(jìn)封裝的四個要素：RDL、TSV、凸點(diǎn)和晶圓，說明各要素間的相互關(guān)系。
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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(diǎn)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。

3 ~" s4 s3 ]+ e* B: d! L, T+ |圖9顯示了凸點(diǎn)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。

! G/ c+ i  P; W" B先進(jìn)封裝與SiP的關(guān)系
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。
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圖10描述了HDAP和SiP的關(guān)系，展示重疊區(qū)域和獨(dú)特特征。
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未來展望與行業(yè)影響
' S. }8 u- a8 E( {7 ~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(jì)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。
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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。

' J1 e% S- h: w- E" O! P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(jì)團(tuán)隊(duì)和封裝團(tuán)隊(duì)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。

* o0 ~9 D% ]7 {0 P/ Q參考文獻(xiàn)
[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.
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