先進(jìn)封裝基本術(shù)語(yǔ)
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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)。當芯片在每個(gè)工藝節點(diǎn)上的微縮越來(lái)越困難、也越來(lái)越昂貴之際，工程師們將多個(gè)芯片放入先進(jìn)的封裝中，就不必再費力縮小芯片了。本文將對先進(jìn)封裝技術(shù)中最常見(jiàn)的10個(gè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202307/448281.htm2.5D封裝
2.5D封裝是傳統2D IC封裝技術(shù)的進(jìn)展，可實(shí)現更精細的線(xiàn)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存裸晶堆棧在一起，無(wú)需建構大型的系統單芯片(SoC)。裸晶之間透過(guò)主動(dòng)中介層連接，2.5D IC封裝是利用導電凸塊或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(guò)金屬銅TSV實(shí)現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CMOS組件與非CMOS組件的異質(zhì)整合(Heterogeneous integration)。換句話(huà)說(shuō)，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使設計人員可以充分利用各種IP，而不用考慮采用何種工藝節點(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(lái)制造芯片。
▲基于Chiplet的系統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”(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(shù)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(wú)需中介層，使異質(zhì)整合變得更加簡(jiǎn)單。
與其他封裝類(lèi)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能夠使用臺積電的封裝技術(shù)將其16nm應用處理器與移動(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
扇出晶圓級封裝(FOWLP)
FOWLP技術(shù)是針對晶圓級封裝(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(shù)脂成型材料中，然后在晶圓表面建構高密度重分布層(RDL)并施加焊錫球，形成重構晶圓(reconstituted wafer)。
它通常先將經(jīng)過(guò)處理的晶圓切成單顆裸晶，然后將裸晶分散放置在載體結構(carrier structure)上，并填充間隙以形成重構晶圓。FOWLP在封裝和應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(kāi)制造的不同組件整合到更高級別的組件中，可以增強功能并改進(jìn)工作特性，因此半導體組件制造商能夠將采用不同工藝流程的功能組件組合到一個(gè)組件中。
異質(zhì)整合類(lèi)似于系統級封裝(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)建構區塊
HBM
HBM是一種標準化的堆棧儲存技術(shù)，可為堆棧內部，以及內存與邏輯組件之間的數據提供高帶寬信道。HBM封裝將內存裸晶堆棧起來(lái)，并透過(guò)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標準，它在封裝內垂直整合了多層DRAM組件，封裝內還有應用處理器、GPU和SoC。HBM主要以2.5D封裝的形式實(shí)現，用于高端服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )芯片?，F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(wèn)題。
▲HBM封裝
中介層
中介層是封裝中多芯片裸晶或電路板傳遞電信號的管道，是插口或接頭之間的電接口，可以將信號傳播更遠，也可以連接到板子上的其他插口。
中介層可以由硅和有機材料制成，充當多顆裸晶和電路板之間的橋梁。硅中介層是一種經(jīng)過(guò)驗證的技術(shù)，具有較高的細間距I/O密度和TSV形成能力，在2.5D和3D IC芯片封裝中扮演著(zhù)關(guān)鍵角色。
▲系統分區中介層的典型實(shí)現
重分布層
重分布層包含銅連接線(xiàn)或走線(xiàn)，用于實(shí)現封裝各個(gè)部分之間的電氣連接。它是金屬或高分子介電材料層，裸晶可以堆棧在封裝中，從而縮小大芯片組的I/O間距。重分布層已成為2.5D和3D封裝解決方案中不可或缺的一部分，使其上的芯片可以利用中介層相互進(jìn)行通訊。
▲使用重分布層的整合封裝
TSV
TSV是2.5D和3D封裝解決方案的關(guān)鍵實(shí)現技術(shù)，是在晶圓中填充銅，提供貫通硅晶圓裸晶的垂直互連。它貫穿整個(gè)芯片以提供電氣連接，形成從芯片一側到另一側的最短路徑。
從晶圓的正面將通孔或孔洞蝕刻到一定深度，然后將其絕緣，并沉積導電材料(通常為銅)進(jìn)行填充。芯片制造完成后，從晶圓的背面將其減薄，以暴露通孔和沉積在晶圓背面的金屬，從而完成TSV互連。
▲在TSV封裝中，DRAM芯片接地、穿透并與電極相連
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