新兴的2.5D/3D先进封装集成工艺主要用来做什么?

2022-07-08
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新兴的2.5D和3D技术有望扩展到倒装芯片和晶圆级封装工艺中。通过使用硅中介层(Interposers)和硅通孔(TSV)技术,可以将多个芯片进行垂直堆叠。

TSV堆叠技术实现了在不增加IC平面尺寸的情况下,融合更多的功能到IC中,允许将更大量的功能封装到IC中而不必增加其平面尺寸,并且硅中介层用于缩短通过集成电路中的一些关键电通路来实现更快的输入和输出。

因此,使用先进封装技术封装的应用处理器和内存芯片将比使用旧技术封装的芯片小约30%或40%,比使用旧技术封装的芯片快2~3倍,并且可以节省高达40%或者更多的功率。

2.5D和3D技术的复杂性以及生产这些芯片的IC制造商(Fab)和外包封装/测试厂商的经济性意味着IDM和代工厂仍需要处理前端工作,而外包封装/测试厂商仍然最适合处理后端过程,比如通过露出、凸点、堆叠和测试。

外包封装/测试厂商的工艺与生产主要依赖于内插件的制造,这是一种对技术要求较低的成本敏感型工艺。

三维封装可以更高效地利用硅片,达到更高的“硅片效率”。硅片效率是指堆叠中的总基板面积与占地面积的比率。因此,与其他2D封装技术相比,3D技术的硅效率超过了100%。

而在延迟方面,需要通过缩短互连长度来减少互连相关的寄生电容和电感,从而来减少信号传播延迟。而在3D技术中,电子元件相互靠得很近,所以延迟会更少。相类似,3D技术在降低噪声和降低功耗方面的作用在于减少互连长度,从而减少相关寄生效应,从而转化为性能改进,并更大程度的降低成本。

此外,采用3D技术在降低功耗的同时,可以使3D器件以更高的频率运行,而3D器件的寄生效应、尺寸和噪声的降低可实现更高的每秒转换速率,从而提高整体系统性能。

3D集成技术作为2010年以来得到重点关注和广泛应用的封装技术,通过用3D设备取代单芯片封装,可以实现相当大的尺寸和重量降低。这些减少量的大小部分取决于垂直互连密度和可获取性(accessibility)和热特性等。据报道,与传统封装相比,使用3D技术可以实现40~50倍的尺寸和重量减少。

举例来说,德州仪器(TI)的3D裸片封装与离散和平面封装(MCM)之间的体积和重量相比,可以减少5~6倍的体积,并且在分立封装技术上可以减少10~20倍。

此外,与MCM技术相比,重量减少2~13倍,与分立元件相比,重量减少3~19倍。此外,封装技术中的一个主要问题是芯片占用面积,即芯片占用的印刷电路板(PCB)的面积。在采用MCM的情况下,芯片占用面积减少20%~90%,这主要是因为裸片的使用。

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