重申先進(jìn)封裝的“三個(gè)新特點(diǎn)”

以下文章來(lái)源于SiP與先進(jìn)封裝技術(shù) ，作者Suny Li

 引 子  

首先，先進(jìn)封裝是一個(gè)相對的概念，今天的先進(jìn)封裝在未來(lái)可能成為傳統封裝。

今天，先進(jìn)封裝通常是指Fan-In，Fan-Out，2.5D，3D 四大類(lèi)封裝形式，展開(kāi)以后種類(lèi)就比較多了，大約有幾十種，可分為基于XY平面延伸的先進(jìn)封裝技術(shù)和基于Z軸延伸的先進(jìn)封裝技術(shù)，詳細可參看：“先進(jìn)封裝”一文打盡

在前面的文章中，我們提到了SiP的三個(gè)新特點(diǎn)，因為先進(jìn)封裝和SiP的高度重合性，這篇文章里，我們從先進(jìn)封裝的角度重新解讀一下這具有重大意義的“三個(gè)新特點(diǎn)”。

    傳 統 封 裝  

1947年，隨著(zhù)晶體管的發(fā)明，人類(lèi)迎接信息時(shí)代的到來(lái)，電子封裝也同時(shí)出現了，在主角耀眼的光環(huán)下，配角只能默然無(wú)聲。

晶體管的發(fā)明舉世矚目，并于9年后獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎，而電子封裝是誰(shuí)發(fā)明的至今都難以追溯！

傳統封裝的功能主要有三點(diǎn)：芯片保護、尺度放大、電氣連接，并且在長(cháng)達70多年的時(shí)間里始終充當配角，默默地為芯片服務(wù)。

芯片保護  Chip protection 

因為芯片本身比較脆弱，沒(méi)有封裝的保護，很容易損壞，連細小的灰塵和水汽都會(huì )破壞它們的功能，因此需要封裝進(jìn)行保護。

尺度放大  Scale Expansion 

因為芯片本身都很小，其內部的連接更加微小，通過(guò)封裝后進(jìn)行尺度放大，便于后續PCB板級系統使用。

電氣連接  Electric Connection 

無(wú)論芯片內部多么復雜和精密，總是需要和外界進(jìn)行通訊的，通過(guò)封裝，芯片和外界電氣連接，進(jìn)行信息交換。

從1947年誕生至今，電子封裝對整個(gè)電子系統的發(fā)展起了重要且不可或缺的作用，雖然一直在幕后充當配角，但始終持志不渝地陪伴著(zhù)芯片，支撐著(zhù)芯片，保護著(zhù)芯片，一起見(jiàn)證著(zhù)摩爾定律所帶來(lái)的偉大時(shí)代！

今天，為什么當了幾十年配角的電子封裝會(huì )從幕后走向臺前，成為業(yè)界矚目的焦點(diǎn)？

從下面的文字中，你或許能找到最終的答案。

    先 進(jìn) 封 裝  

電子產(chǎn)品之所以能為人類(lèi)服務(wù)，并不在于其采用多么先進(jìn)的工藝，而在于其功能(Function) 是否滿(mǎn)足人們的需要，因此，能否影響設備的功能則是判斷其重要性的關(guān)鍵依據。

在傳統封裝時(shí)代，由于上面提到的傳統封裝的三個(gè)功能特點(diǎn)，封裝本身并不會(huì )使芯片的功能產(chǎn)生任何變化。然而，到了先進(jìn)封裝和SiP時(shí)代，這種情況發(fā)生了重大的改變！

什么樣的重大改變呢？我們就需要了解先進(jìn)封裝的三個(gè)新特點(diǎn)。

提升功能密度  (Increase Function Density) 

功能密度是指單位體積內包含的功能單位的數量，從SiP到先進(jìn)封裝，最鮮明的特點(diǎn)就是系統功能密度的提升。（關(guān)于功能密度的詳細解釋?zhuān)蓞⒖茧娮庸I(yè)出版社新書(shū)《基于SiP技術(shù)的微系統》第1章的內容）

通過(guò)下圖，我們就能直觀(guān)地理解功能密度的含義，下圖為應用在航天器中的大容量存儲器，左側為進(jìn)口的傳統存儲器，右側為國內新研發(fā)的存儲器，實(shí)現完全相同的功能，新存儲器的體積只有傳統存儲器的1/4，因此，其功能密度為傳統存儲器的4倍。（關(guān)于新存儲器的研發(fā)流程，可參考新書(shū)《基于SiP技術(shù)的微系統》第22章的內容）

功能密度（Function Density)，是一個(gè)相對寬泛的概念，在存儲器中，可理解為存儲密度，并且在其他類(lèi)型器件中，也同樣適用。

縮短互聯(lián)長(cháng)度  (Shorten Interconnection Length) 

在傳統封裝中，芯片之間的互聯(lián)需要跨過(guò)封裝外殼和引腳，常常會(huì )達到數十毫米甚至更長(cháng)，如此長(cháng)的互聯(lián)會(huì )造成較大的延遲，嚴重影響系統的性能，并且將過(guò)多的功耗消耗在了傳輸路徑上。

先進(jìn)封裝將芯片之間的電氣互聯(lián)長(cháng)度從毫米級（mm）縮短到了微米級（um）?；ヂ?lián)長(cháng)度的縮短，帶來(lái)的好處就是性能提升，功耗降低。

這一點(diǎn)，通過(guò)HMB和DDRx的比較大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超過(guò)了3倍，但功耗卻降低了50%。

進(jìn)行系統重構  (Execute System Restruction) 

重點(diǎn)來(lái)了，系統重構才是先進(jìn)封裝從幕后走向臺前的重要推手。

系統重構只發(fā)生在系統的多個(gè)元素之間。只要是多個(gè)芯片，并且之間進(jìn)行了互聯(lián)，就會(huì )產(chǎn)生功能的改變，我們稱(chēng)之為系統重構。

傳統封裝時(shí)代，電子系統的構建多是在芯片級（SoC）或者是在板級（PCB）進(jìn)行，先進(jìn)封裝時(shí)代，在一個(gè)封裝內構建系統并進(jìn)行優(yōu)化，我們稱(chēng)之為封裝級系統重構，Chiplet技術(shù)、異構集成技術(shù)就是封裝級系統重構的典型代表。

    總 結  

先進(jìn)封裝屬于電子封裝，因此傳統封裝的三個(gè)功能先進(jìn)封裝也都具備，此外，相對于傳統封裝，先進(jìn)封裝又增加了三個(gè)新的特點(diǎn)：提升功能密度，縮短互聯(lián)長(cháng)度，進(jìn)行系統重構。

這三個(gè)新特點(diǎn)給先進(jìn)封裝帶來(lái)的優(yōu)勢就是：提升系統性能，降低整體功耗！

當今，先進(jìn)封裝已經(jīng)成為的行業(yè)熱點(diǎn)，芯片大佬們如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD紛紛入局，推出自己的先進(jìn)封裝技術(shù)，面對此情此景，傳統的封測廠(chǎng)OSAT會(huì )不會(huì )有些瑟瑟發(fā)抖呢？

有一句網(wǎng)絡(luò )流行語(yǔ)：“走自己的路，讓別人無(wú)路可走！” 今天我們拿來(lái)改造一下：“當別人無(wú)路可走的時(shí)候，建議他們走這條路！”

雖然時(shí)代的發(fā)展還遠沒(méi)到這一步，但從目前來(lái)看，隨著(zhù)芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的時(shí)候，封裝內集成（先進(jìn)封裝和SiP）這條路目前顯得更寬一些而已！

當主角的光環(huán)已經(jīng)逐漸暗淡，是不是該配角上場(chǎng)了？是的，當主角的光環(huán)漸漸褪盡，配角有一天也會(huì )成為主角！

芯片對封裝說(shuō)：去吧，親愛(ài)的，該你上臺了！

封裝對芯片說(shuō)：70多年的默默陪伴，我終于從幕后走向了臺前，并且，我們還會(huì )一起走下去，因為我始終是你的保護者和堅實(shí)的后盾！

合：走吧，我們一起！