現(xiàn)代半導體先進封裝技術

逍遙設計自動化

先進封裝簡介
" W+ t4 G$ i$ I先進封裝技術已成為半導體行業(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手段。本文探討先進封裝的核心概念、技術和發(fā)展趨勢[1]。

圖1展示了硅通孔(TSV)技術的示意圖和實物照片，顯示了垂直互聯(lián)結構。
  T& ~- ~1 a" T; Y
7 G/ d0 a+ M( M  `6 zXY平面和Z軸延伸的關鍵技術
現(xiàn)代先進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)技術進行信號布線，而Z軸延伸則采用硅通孔(TSV)技術實現(xiàn)垂直連接。
( D, b% b' h+ h) a6 E" }) C
( {. L6 p7 d  F# p( T- Y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。

扇出技術及演進
/ B1 i$ X5 Z1 U' }8 `- s扇出晶圓級封裝(FOWLP)是先進封裝的重要發(fā)展之一。該技術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。該技術已發(fā)展出集成扇出(InFO)和面板級扇出封裝(FOPLP)等變體。
9 p9 K- o9 ?0 ^3 r& C$ @
圖3對比了FIWLP、FOWLP和InFO技術，展示其結構差異和演進過程。
" U' t% V* Y+ V+ t( {& [; G) r% s
% P0 |3 q; C' ~& Y8 UTSV集成與實現(xiàn)
TSV技術實現(xiàn)了先進封裝中的真正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用場景的優(yōu)勢。

8 D8 s; a: T& t5 L3 i. F+ e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。

$ M7 t1 }2 _! }& ~$ s: {" h/ k行業(yè)領導者及解決方案
主要半導體公司都開發(fā)了自己的先進封裝技術。臺積電的晶圓級芯片堆疊(CoWoS)技術在高性能計算應用中得到廣泛應用。
0 _0 U; e- F) s! {' z# [
圖5顯示了CoWoS結構示意圖，展示了芯片在硅中介層和基板上的集成方式。

先進內存集成
. P) A7 G4 w1 M* y1 I- U高帶寬內存(HBM)是先進封裝領域的重要突破，特別適用于圖形處理和高性能計算應用。HBM將3D堆疊與高速接口相結合，實現(xiàn)了極高的內存帶寬。
/ g2 y$ E+ ]; R8 u3 w
8 d* H9 o0 Z' H( W! I圖6展示了HBM技術示意圖和實物剖面，顯示了堆疊內存結構和互連方式。
) p( g+ h1 c+ @9 @7 q; z5 V% A' ~# e
. X& O( p  b' O2 r) G: b) t英特爾的先進封裝方案
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。這些方法提供了實現(xiàn)高密度集成的不同途徑。
; o: b! }$ @9 c( o6 d
圖7對比了EMIB、Foveros和CO-EMIB的技術示意圖和產品剖面，展示了英特爾各種先進封裝解決方案。

先進封裝的基本要素
先進封裝的基礎建立在四個關鍵要素之上：RDL、TSV、凸點和晶圓。這些要素共同支持各種集成方法和技術。

圖8展示了先進封裝的四個要素：RDL、TSV、凸點和晶圓，說明各要素間的相互關系。

" Y& p  P% ^+ G  ~2 \: N4 u技術趨勢與演進
& ]# h3 @' T" @. p" g隨著技術進步，這些要素出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，特別是凸點技術逐漸向更細間距發(fā)展，在硅對硅接口中可能最終被淘汰。

圖9顯示了凸點技術的發(fā)展趨勢，描述了向更細間距演進并最終在硅接口中消失的過程。
7 F0 f( a' x+ s) ?; }
先進封裝與SiP的關系
- S. g' R( b& {3 m  ?! `0 j先進封裝與系統(tǒng)級封裝(SiP)的關系復雜，既有重疊又有區(qū)別。雖然所有先進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可能不同。

圖10描述了HDAP和SiP的關系，展示重疊區(qū)域和獨特特征。
7 T2 O4 x6 T+ p% B) v$ _
未來展望與行業(yè)影響
6 ?- a! z7 s& J3 m6 @& d先進封裝技術持續(xù)發(fā)展，新技術不斷涌現(xiàn)，以滿足現(xiàn)代電子產品日益增長的需求。從移動設備到高性能計算，先進封裝在推動下一代電子系統(tǒng)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
  T, t$ x0 u1 c$ i- a: f$ Z' H
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，推動了先進封裝技術的發(fā)展。這些進展表明，先進封裝將繼續(xù)推動半導體創(chuàng)新，提供提升系統(tǒng)性能、降低功耗的新方法。
4 G2 q2 v. B8 z' X% c
/ ]3 F" Z# }$ j/ V4 R7 t0 L2 f0 l先進封裝代表了半導體技術從傳統(tǒng)的"重外部"封裝轉向"重內部"集成。轉變促進了芯片設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。

參考文獻
* ]& N& t5 b) Z[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.
% T/ }# M6 B$ u
$ \* e6 {$ K, L, rEND
* z& m7 J; b2 H7 B  S
2 Y5 O5 s% |4 y3 Z
" K# ^, z7 ^3 E- \/ b7 Y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)應用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點擊左下角"閱讀原文"馬上申請

歡迎轉載

轉載請注明出處，請勿修改內容和刪除作者信息！
1 q1 m: q" H. l% l
3 @' w) J" S: m7 ?" w0 n5 r
0 L% x3 ~  e7 S5 V& @

$ z/ y8 V7 A- L' _# n
0 V7 G0 B: k) M8 [! u2 G7 j* I9 p關注我們
- z7 X: p# v% L' r7 F6 d6 I$ A

$ {) i( U1 Y* y! ?* E ' b8 @, l0 u: S2 Y* q! I

                     

8 ?$ B( h: [0 s3 o1 \! V
# {4 U3 E0 G: A# H& k! x
9 e; W4 F7 ]8 ^' `關于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導體芯片設計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件，提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務，廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導體產業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術與服務。

http://www.latitudeda.com/
4 X+ B/ H# k- Y' `! n" c（點擊上方名片關注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內容）