10個基本的高級IC封裝術語

先進的IC封裝是“超越摩爾”領域的一個突出技術亮點。在每個節(jié)點的芯片縮放變得更加困難和昂貴的時候，工程師正在將多個芯片放入高級封裝中，作為芯片縮放的替代方案。

然而，雖然先進的 IC 封裝正在迅速發(fā)展，但設計工程師和工程經(jīng)理必須跟上這一關鍵技術的步伐。首先，了解高級 IC 封裝內容中不斷出現(xiàn)的基本術語很重要。

編者注：本文是 AspenCore 特別項目的一部分，該項目是探索高級 IC 封裝的相關文章集合。請參閱下面此特殊項目中的所有文章。

以下是下一代 IC 封裝?技術中最常用的 10 個術語的簡要介紹?：

2.5D包裝

在 2.5D 封裝中，裸片堆疊或并排放置在基于硅通孔 (TSV) 的中介層之上。底座是一個中介層，提供芯片之間的連接。2.5D 封裝是傳統(tǒng) 2D IC 封裝技術的一步，可實現(xiàn)更精細的線條和空間。

2.5D 封裝通常用于高端 ASIC、FPGA、GPU 和內存立方體。2008 年，賽靈思將其大型 FPGA 劃分為四個更小、產(chǎn)量更高的芯片，并將這些芯片連接到一個硅中介層上。這導致了 2.5D 封裝的誕生，最終流行于高帶寬內存 (HBM) 處理器集成。

這是一個 2.5D 封裝的示意圖。圖片：研究門

3D包裝

在 3D IC 封裝中，邏輯裸片或存儲器裸片彼此堆疊，而不是創(chuàng)建大型片上系統(tǒng) (SoC)，并且裸片使用有源中介層連接。與通過導電凸塊或 TSV 將組件堆疊在中介層上的 2.5D IC 封裝不同，3D IC 封裝采用多層硅晶片以及使用 TSV 的組件。

TSV 是 2.5D 和 3D IC 封裝技術中的關鍵使能技術。半導體行業(yè)一直在使用 HBM 技術在 3D IC 封裝中運送 DRAM 芯片。

此 3D 封裝橫截面顯示了使用 Cu TSV 在 Si 芯片之間進行垂直互連。圖片：研究門

小芯片

庫中的模塊化芯片菜單可以使用裸片到裸片互連集成到封裝中，小芯片是另一種 3D IC 封裝形式，可實現(xiàn) CMOS 器件與非 CMOS 器件的異構集成。換句話說，它們是更小的 SoC 或小芯片，而不是封裝中的一個大 SoC。

這個想法是將大型 SoC 分解成更小的小芯片，以提高產(chǎn)量并降低成本。?小芯片?允許設計人員利用各種 IP，而無需考慮它們是在哪個節(jié)點或技術上制造的；它們可以建立在各種材料上，包括硅、玻璃和層壓板。

基于小芯片的系統(tǒng)由插入器上的多個小芯片組成。圖片：Cadence 設計系統(tǒng)

扇出

扇出封裝，其中連接被扇出芯片表面以促進更多外部 I/O，使用環(huán)氧樹脂模塑料完全嵌入管芯，因此它們不需要晶圓凸塊、助焊劑、翻轉等工藝流程- 芯片組裝、清潔、底部填充點膠和固化。反過來，這消除了對中介層的需求，并使異構集成的實現(xiàn)更簡單。

與其他封裝類型相比，扇出技術提供了具有更多 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將其 16 納米應用處理器與移動 DRAM 集成到 iPhone 7 的一個封裝中，從而成為技術明星。

扇出晶圓級封裝 (FOWLP)

作為晶圓級封裝 (WLP) 的改進，? FOWLP?技術已被開發(fā)用于提供更多與硅芯片的外部接觸。它將芯片嵌入環(huán)氧樹脂模塑料內，然后在晶圓表面制造高密度再分布層 (RDL) 和焊球，以形成重組晶圓。

通常，它首先將前端處理的晶圓切割成單獨的裸片，然后將裸片在載體結構上隔開，并填充間隙以形成重組晶圓。FOWLP 在封裝和應用板之間提供了更多的連接。此外，基板本質上比裸片大，因此裸片間距更寬松。

在這個 FOWLP 示例中，硅倒裝芯片嵌入到玻璃基板中，RDL 在芯片上扇出到玻璃通孔。圖片：Samtec

異構集成

將單獨制造的組件集成到更高級別的組件中提供了增強的功能和改進的操作特性。它使半導體設備制造商能夠將來自不同制造工藝流程的功能組件組合到單個復合設備中。

異構集成?類似于系統(tǒng)級封裝（SiP）；但是，不是在單個基板上集成多個裸芯片，而是在單個基板上以小芯片的形式集成多個 IP。異構集成背后的總體思想是將系統(tǒng)級別不同的多個組件組合在同一個包中。

這些是異構集成的一些技術構建塊。圖片：日月光集團

高帶寬內存 (HBM)

HBM 是一種標準化的堆疊式存儲器技術，可為堆棧內以及存儲器和邏輯之間的數(shù)據(jù)提供寬通道?；?HBM 的封裝將內存管芯堆疊在一起，并使用 TSV 連接它們以創(chuàng)建更多 I/O 和帶寬。

HBM 是 JEDEC 標準，在封裝上垂直集成多層 DRAM 組件以及應用處理器、GPU 和 SoC。HBM 多用于高端服務器和網(wǎng)絡芯片的 2.5D 封裝；它現(xiàn)在已轉向 HBM2 技術，以解決原始 HBM 版本中的容量和時鐘速率限制。

基于 HBM 的封裝將內存管芯堆疊在一起，并使用 TSV 連接它們以創(chuàng)建更多 I/O 和帶寬。圖片：SK海力士

中介層

它是用于多芯片芯片或電路板的導管，用于通過封裝中的電信號。插入器是一個插座或與另一個連接之間的電氣接口路由；它要么將信號傳播到更寬的間距，要么連接到板上的不同插座。

中介層可以由硅和有機材料制成，充當多個裸片、裸片和電路板之間的橋梁。硅中介層是一種經(jīng)過驗證的技術，由于其更高的細間距 I/O 密度和 TSV 形成能力，在創(chuàng)建 2.5D 和 3D IC 芯片封裝中發(fā)揮著關鍵作用。

此圖顯示了系統(tǒng)分區(qū)插入器的典型實現(xiàn)。圖片：Yole Développement

再分配層 (RDL)

重新分布層是銅金屬連接線或跡線，將封裝的一部分與另一部分電連接。RDL 由金屬或聚合物介電材料層創(chuàng)建，以在封裝上堆疊管芯，從而減輕大型芯片組上的 I/O 間距。它們已成為 2.5D 和 3D 封裝解決方案不可或缺的一部分，用于在通過中介層連接的芯片之間提供通信。

這些圖顯示了使用重新分發(fā)層的集成包。圖片：富士通

硅通孔 (TSV)

TSV 是 2.5D 和 3D 封裝解決方案中的一項關鍵支持技術，它提供了穿過芯片硅晶片的垂直互連。它以晶圓形式制造，并充滿銅。TSV 是貫穿芯片整個厚度的電氣連接，它創(chuàng)建了從芯片一側到另一側的最短路徑。

通孔或孔從晶片的正面蝕刻到一定深度，然后通過沉積導電材料（通常是銅）將它們隔離和填充。芯片制造完成后，晶圓從背面減薄，露出晶圓背面上沉積的通孔和金屬，從而完成 TSV 互連。

在 TSV 封裝中，DRAM 芯片被研磨、穿孔并與電極連接。圖片：三星電子

審核編輯：湯梓紅