引言

半導(dǎo)體行業(yè)正在快速發(fā)展，對(duì)更強(qiáng)大、高效和緊湊的電子設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)。先進(jìn)封裝技術(shù)在滿足這些需求方面發(fā)揮著重要作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能、改進(jìn)的功能和更小的尺寸。本文概述了各種先進(jìn)封裝技術(shù)、其應(yīng)用及其發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。
半導(dǎo)體應(yīng)用和系統(tǒng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素

半導(dǎo)體行業(yè)已確定五大增長(zhǎng)引擎或應(yīng)用：

1、移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、筆記本電腦、智能手表、可穿戴設(shè)備、平板電腦）

2、高性能計(jì)算（HPC）

3、自動(dòng)駕駛汽車

4、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）

5、大數(shù)據(jù)（云計(jì)算）和即時(shí)數(shù)據(jù)（邊緣計(jì)算）

這些應(yīng)用主要由兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素推動(dòng)：

1、人工智能（AI）

2、5G技術(shù)

AI需要高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)。AI應(yīng)用所需的硬件組件包括CPU、GPU、FPGA、內(nèi)存、服務(wù)器和交換機(jī)。 

5G技術(shù)分為兩大類：

1、中頻段（Sub-6 GHz 5G）：900 MHz < 頻率 < 6 GHz，數(shù)據(jù)速率 ≤ 1 Gbps

2、高頻段（5G毫米波）：24 GHz ≤ 頻率 ≤ 100 GHz， 1 Gbps < 數(shù)據(jù)速率 ≤ 10 Gbps 

先進(jìn)封裝技術(shù)

為滿足這些應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)因素的要求，開(kāi)發(fā)了各種先進(jìn)封裝技術(shù)。這些可以大致分為幾個(gè)類別：
1、2D集成：

- 2D扇出（芯片先行）IC集成

- 2D倒裝芯片IC集成

- 封裝疊加（PoP）

- 系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）或異構(gòu)集成

- 2D扇出（芯片后置）IC集成
2、 2.1D集成：

- 2.1D倒裝芯片IC集成

- 帶橋接的2.1D倒裝芯片IC集成

- 帶橋接的2.1D扇出IC集成
3、2.3D集成：

- 2.3D扇出（芯片先行）IC集成

- 2.3D倒裝芯片IC集成

- 2.3D扇出（芯片后置）IC集成
4、 2.5D集成：

- 2.5D（C4焊球）IC集成

- 2.5D（C2微凸點(diǎn)）IC集成
5、3D集成：

- 微凸點(diǎn)3D IC集成

- 微凸點(diǎn)Chiplet 3D IC集成

- 無(wú)凸點(diǎn)3D IC集成

- 無(wú)凸點(diǎn)Chiplet 3D IC集成 

讓我們更詳細(xì)地探討一些這些先進(jìn)封裝技術(shù)：

2D扇出（芯片先行）IC集成：

這種技術(shù)涉及將多個(gè)芯片嵌入環(huán)氧模塑料（EMC）中，然后扇出重分布層（RDL）以連接到焊球。這種方法允許更高的集成密度和改進(jìn)的電氣性能。 

2D倒裝芯片IC集成：

在這種技術(shù)中，芯片被翻轉(zhuǎn)并使用C4（受控塌陷芯片連接）凸點(diǎn)或C2（芯片連接）凸點(diǎn)附著到構(gòu)建封裝基板上。通常在芯片和封裝基板之間使用底填以提高可靠性。

 
封裝疊加（PoP）和系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）：

PoP技術(shù)涉及將多個(gè)封裝堆疊在一起，通常結(jié)合邏輯和存儲(chǔ)組件。SiP技術(shù)將多個(gè)芯片和分立組件集成到單個(gè)封裝基板中。 

2.1D倒裝芯片IC集成：

這種技術(shù)在構(gòu)建封裝基板頂部具有薄膜層。這些薄膜層的金屬線寬和間距可以小到2/2 μm，支持帶有微凸點(diǎn)的倒裝芯片。

帶橋接的2.1D倒裝芯片IC集成：

這種技術(shù)，以英特爾的EMIB（嵌入式多芯片互連橋）為例，在構(gòu)建封裝基板的頂層嵌入一個(gè)橋，以支持倒裝芯片之間的橫向通信。旨在替代TSV（硅通孔）中間層技術(shù)。 

2.3D扇出（芯片先行）IC集成：

這種技術(shù)用扇出RDL中間層替代了TSV中間層、微凸點(diǎn)和底填。與傳統(tǒng)的2D扇出技術(shù)相比，它提供了改進(jìn)的性能和集成密度。

2.5D（C2凸點(diǎn)）IC集成：

在這種技術(shù)中，諸如GPU和高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）等組件使用C2微凸點(diǎn)附著到無(wú)源TSV中間層上。然后整個(gè)模塊使用C4凸點(diǎn)連接到封裝基板。

微凸點(diǎn)3D IC集成：

這種技術(shù)涉及垂直堆疊多個(gè)芯片并使用微凸點(diǎn)和TSV連接它們。頂部芯片使用微凸點(diǎn)連接到底部芯片（帶有TSV），整個(gè)模塊使用C4凸點(diǎn)附著到封裝基板上。

無(wú)凸點(diǎn)3D IC集成：

無(wú)凸點(diǎn)3D IC集成，也稱為混合鍵合，可實(shí)現(xiàn)芯片之間更細(xì)的間距連接。這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小至10 μm的焊盤間距，與微凸點(diǎn)技術(shù)相比顯著提高了互連密度。 

無(wú)凸點(diǎn)Chiplet 3D IC集成：

這種新興技術(shù)，如臺(tái)積電的SoIC（集成芯片系統(tǒng)），涉及通過(guò)芯片到晶圓（CoW）或晶圓到晶圓（WoW）工藝進(jìn)行無(wú)凸點(diǎn)混合鍵合Chiplet。它承諾更高的集成密度和性能。 

組裝工藝

先進(jìn)封裝技術(shù)中使用了幾種組裝工藝：1.線鍵合2.表面貼裝技術(shù)（SMT）3.有機(jī)基板上的倒裝芯片大規(guī)?；亓?.芯片到芯片（CoC）、芯片到晶圓（CoW）和晶圓到晶圓（WoW）熱壓鍵合和混合鍵合

結(jié)論

先進(jìn)封裝技術(shù)對(duì)于滿足現(xiàn)代電子設(shè)備和應(yīng)用的需求非常重要。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展，這些封裝技術(shù)將在實(shí)現(xiàn)更高性能、改進(jìn)功能和更小尺寸方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。從2D集成到無(wú)凸點(diǎn)3D Chiplet集成，每種技術(shù)在性能、成本和可制造性方面都提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡。
先進(jìn)封裝的未來(lái)會(huì)在材料、工藝和設(shè)計(jì)方法方面進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新，以解決功耗、熱管理和信號(hào)完整性的挑戰(zhàn)。隨著AI、5G和其他新興技術(shù)繼續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)向前發(fā)展，先進(jìn)封裝將繼續(xù)成為下一代電子系統(tǒng)的關(guān)鍵賦能技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

J. H. Lau, "Semiconductor Advanced Packaging," in Semiconductor Advanced Packaging. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ch. 1, pp. 1-19.

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