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芯片保护,尺度放大,电气连接;提升功能密度,缩短互联长度,进行系统重构;提升系统性能,降低整体功耗



    引 子  

首先,先进封装是一个相对的概念,今天的先进封装在未来可能成为传统封装。

今天,先进封装通常是指Fan-In,Fan-Out,2.5D,3D 四大类封装形式,展开以后种类就比较多了,大约有几十种,可分为基于XY平面延伸的先进封装技术和基于Z轴延伸的先进封装技术,详细可参看:“先进封装”一文打尽

重申先进封装的“三个新特点”

在前面的文章中,我们提到了SiP的三个新特点,因为先进封装和SiP的高度重合性,这篇文章里,我们从先进封装的角度重新解读一下这具有重大意义的“三个新特点”。



    传 统 封 装  

1947年,随着晶体管的发明,人类迎接信息时代的到来,电子封装也同时出现了,在主角耀眼的光环下,配角只能默然无声。

晶体管的发明举世瞩目,并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖,而电子封装是谁发明的至今都难以追溯!

传统封装的功能主要有三点:芯片保护、尺度放大、电气连接,并且在长达70多年的时间里始终充当配角,默默地为芯片服务。

芯片保护  Chip protection 

因为芯片本身比较脆弱,没有封装的保护,很容易损坏,连细小的灰尘和水汽都会破坏它们的功能,因此需要封装进行保护。


尺度放大  Scale Expansion 

因为芯片本身都很小,其内部的连接更加微小,通过封装后进行尺度放大,便于后续PCB板级系统使用。


电气连接  Electric Connection 

无论芯片内部多么复杂和精密,总是需要和外界进行通讯的,通过封装,芯片和外界电气连接,进行信息交换。


重申先进封装的“三个新特点”


从1947年诞生至今,电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用,虽然一直在幕后充当配角,但始终持志不渝地陪伴着芯片,支撑着芯片,保护着芯片,一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代!

今天,为什么当了几十年配角的电子封装会从幕后走向台前,成为业界瞩目的焦点?

从下面的文字中,你或许能找到最终的答案。



    先 进 封 装  
电子产品之所以能为人类服务,并不在于其采用多么先进的工艺,而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要,因此,能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。

在传统封装时代,由于上面提到的传统封装的三个功能特点,封装本身并不会使芯片的功能产生任何变化。然而,到了先进封装和SiP时代,这种情况发生了重大的改变!

什么样的重大改变呢?我们就需要了解先进封装的三个新特点。


提升功能密度  (Increase Function Density) 

功能密度是指单位体积内包含的功能单位的数量,从SiP到先进封装,最鲜明的特点就是系统功能密度的提升。(关于功能密度的详细解释,可参考电子工业出版社新书《基于SiP技术的微系统》第1章的内容

通过下图,我们就能直观地理解功能密度的含义,下图为应用在航天器中的大容量存储器,左侧为进口的传统存储器,右侧为国内新研发的存储器,实现完全相同的功能,新存储器的体积只有传统存储器的1/4,因此,其功能密度为传统存储器的4倍。(关于新存储器的研发流程,可参考新书《基于SiP技术的微系统》第22章的内容)

重申先进封装的“三个新特点”

功能密度(Function Density),是一个相对宽泛的概念,在存储器中,可理解为存储密度,并且在其他类型器件中,也同样适用。


缩短互联长度  (Shorten Interconnection Length) 

在传统封装中,芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚,常常会达到数十毫米甚至更长,如此长的互联会造成较大的延迟,严重影响系统的性能,并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。

先进封装将芯片之间的电气互联长度从毫米级(mm)缩短到了微米级(um)。互联长度的缩短,带来的好处就是性能提升,功耗降低。

这一点,通过HMB和DDRx的比较大家就能看得很明白。和DDR5相比,HBM性能提升超过了3倍,但功耗却降低了50%。

重申先进封装的“三个新特点”


进行系统重构  (Execute System Restruction) 
重点来了,系统重构才是先进封装从幕后走向台前的重要推手。
系统重构只发生在系统的多个元素之间。只要是多个芯片,并且之间进行了互联,就会产生功能的改变,我们称之为系统重构。
传统封装时代,电子系统的构建多是在芯片级(SoC)或者是在板级(PCB)进行,先进封装时代,在一个封装内构建系统并进行优化,我们称之为封装级系统重构,Chiplet技术、异构集成技术就是封装级系统重构的典型代表。

重申先进封装的“三个新特点”



    总 结  
先进封装属于电子封装,因此传统封装的三个功能先进封装也都具备,此外,相对于传统封装,先进封装又增加了三个新的特点:提升功能密度,缩短互联长度,进行系统重构。
这三个新特点给先进封装带来的优势就是:提升系统性能,降低整体功耗!

当今,先进封装已经成为的行业热点,芯片大佬们如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD纷纷入局,推出自己的先进封装技术,面对此情此景,传统的封测厂OSAT会不会有些瑟瑟发抖呢?

有一句网络流行语:“走自己的路,让别人无路可走!” 今天我们拿来改造一下:“当别人无路可走的时候,建议他们走这条路!”

虽然时代的发展还远没到这一步,但从目前来看,随着芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的时候,封装内集成(先进封装和SiP)这条路目前显得更宽一些而已!

当主角的光环已经逐渐暗淡,是不是该配角上场了?是的,当主角的光环渐渐褪尽,配角有一天也会成为主角!


芯片对封装说:去吧,亲爱的,该你上台了!

封装对芯片说:70多年的默默陪伴,我终于从幕后走向了台前,并且,我们还会一起走下去,因为我始终是你的保护者和坚实的后盾!

合:走吧,我们一起!


  • 作 者 新 书 :



新书《基于SiP技术的微系统》内容涵盖“概念和技术”、“设计和仿真”、“项目和案例三大部分,包含30章内容,总共约110万+字,1000+张插图(约650+页)。


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原文始发于微信公众号(SiP与先进封装技术):重申先进封装的“三个新特点”

先进封装设备类似前道晶圆制造设备,供应商受益先进封测产业增长。随着先进封装的发展,Bumping(凸块)、Flip(倒装) 、TSV 和 RDL(重布线)等新的连接形式所需要用到的设备也越先进。以长球凸点为例,主要的工艺流程为预清洗、UBM、淀积、光刻、焊料 电镀、去胶、刻蚀、清洗、检测等,因此所需要的设备包括清洗机、PVD 设备、光刻机、 刻蚀机、电镀设备、清洗机等,材料需要包括光刻胶、显影剂、刻蚀液、清洗液等。为促进行业发展,互通有无,欢迎芯片设计、晶圆制造、装备、材料等产业链上下游加入艾邦半导体先进封装产业链交流群。

作者 ab