我們?yōu)槭裁葱枰私庖恍┫冗M(jìn)封裝？

作者： 關(guān)牮 JamesG，來(lái)源： 半導(dǎo)體綜研微信公眾號(hào)

半導(dǎo)體芯片封裝的目的無(wú)非是要起到對(duì)芯片本身的保護(hù)作用和實(shí)現(xiàn)芯片之間的信號(hào)互聯(lián)。在過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間段里，芯片性能的提升主要是依靠設(shè)計(jì)以及制造工藝的提升。

然而隨著半導(dǎo)體芯片的晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)入到FinFET時(shí)代，工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步呈現(xiàn)明顯的趨緩形勢(shì)。雖然根據(jù)行業(yè)的發(fā)展路線圖，工藝節(jié)點(diǎn)的迭代還有很大的上升空間，但我們能夠明顯感覺(jué)到摩爾定律的減緩，以及生產(chǎn)成本暴增帶來(lái)的壓力。

由此，通過(guò)改革封裝技術(shù)來(lái)進(jìn)一步挖掘性能提升的潛力成為一個(gè)非常重要的手段。好幾年前開(kāi)始，行業(yè)內(nèi)就出現(xiàn)了通過(guò)先進(jìn)封裝的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) “超越摩爾（More than Moore）”的口號(hào)

所謂先進(jìn)封裝，一般行業(yè)內(nèi)的常用定義就是：所有利用前道制造的工藝方法的封裝技術(shù)

通過(guò)先進(jìn)封裝的手段，我們可以：

大幅度縮小封裝后芯片的面積

無(wú)論是多個(gè)芯片的合封，還是單個(gè)芯片的Wafer Level化封裝，都可以明顯降低封裝尺寸以減小整個(gè)系統(tǒng)板的使用面積。利用封裝手段縮小芯片面積在經(jīng)濟(jì)上要比提升前道工藝來(lái)得更為劃算

容納更多芯片的I/O端口數(shù)量

由于前道工藝方法的引入，我們可以利用RDL技術(shù)使得單位面積的芯片上能夠容納更多的I/O管腳，從而減少芯片面積的浪費(fèi)

降低芯片綜合制造成本

由于引入Chiplet的方案，我們可以比較容易地將多個(gè)不同功能、不同工藝技術(shù)/節(jié)點(diǎn)的芯片合封到一起，形成一個(gè)系統(tǒng)集成芯片（SIP）。這樣就可以避免所有功能和IP都必須采用同一種（最高工藝）的高成本方法

提升芯片間的互聯(lián)能力

隨著大算力需求的提升，在很多應(yīng)用場(chǎng)景里都需要計(jì)算單元（CPU、GPU...）和DRAM做大量的數(shù)據(jù)交換。這往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)幾乎有一半的性能和功耗浪費(fèi)在信息交互上。現(xiàn)在我們通過(guò)各種2.5D/3D封裝，將處理器和DRAM盡可能近的連接在一起，就可以將這種損耗降低到20%以內(nèi)，從而大幅度降低計(jì)算的成本。這種效率的提升遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了通過(guò)采用更先進(jìn)制造工藝帶來(lái)的進(jìn)步

下圖是我簡(jiǎn)單整理的先進(jìn)封裝技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程

在Flipchip階段，封裝的方式還比較接近于傳統(tǒng)技術(shù)路線（我多數(shù)時(shí)候其實(shí)是把Flipchip當(dāng)作傳統(tǒng)封裝來(lái)對(duì)待的）

而從下圖可以看到，相對(duì)于傳統(tǒng)封裝，WLCSP（FanIn）的方法就和傳統(tǒng)有著明顯的區(qū)別：用前道技術(shù)直接對(duì)晶圓進(jìn)行加工（RDL+凸塊）后再直接切割形成芯片

數(shù)據(jù)來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

而當(dāng)芯片上的I/O端口越來(lái)越多，以至于芯片有限面積無(wú)法直接容納這么多管腳的時(shí)候，在原來(lái)WLCSP（Fan-In）的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了FanOut技術(shù)：通過(guò)封裝材料擴(kuò)大芯片面積來(lái)容納更多管腳。而且這樣一來(lái)，多芯片的合封也成為了可能

數(shù)據(jù)來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)然，封裝技術(shù)的發(fā)展并未在此止步。隨著大算力芯片的技術(shù)和市場(chǎng)需求的高速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)又開(kāi)始開(kāi)發(fā)了2.5D和3D技術(shù)：

2.5D：通過(guò)Interposer（通常以硅基板為主要材料）將處理器和HBM（High Bandwidth Memory）進(jìn)行高密度和高效率互聯(lián)。其中最有名的就是最近因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/150/" target="_blank">人工智能而火出圈的臺(tái)積電的CoWoS封裝技術(shù)

3D：直接將不同芯片在Z軸方向上堆疊，通過(guò)TSV等方法實(shí)現(xiàn)更高效率互聯(lián)

在2.5D和3D封裝領(lǐng)域，目前全球主流的晶圓廠、封裝廠以及IDM都推出了自己的方案和技術(shù)路線

以下是我特意整理的各家的產(chǎn)品信息，可謂是五花八門、不一而足。

審核編輯 黃宇