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先进封装技术:在半导体制造中赢得一席之地


  来源: 电子产品世界 时间:2024-03-28 编辑:流川
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传统封装是先将硅晶圆"切割"成单个芯片,然后将芯片连接到印刷电路板并建立电气连接,而晶圆级封装则是在晶圆级进行电气连接和成型,然后使用激光切割芯片。就芯片配置而言,晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)与倒装芯片的最大区别在于,WLCSP的芯片与印刷电路板之间没有基板。相反,再分布层(RDL)取代了基板,从而缩小了封装尺寸并增强了热传导。


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晶圆级封装分为两种类型:扇入式和扇出式。扇入式晶圆级封装主要用于技术要求较低的低端手机,RDL走向晶粒中心。在2007年推出的扇出型封装中,RDL和焊球的尺寸超过了芯片的尺寸,因此芯片可以有更多的输入和输出,同时保持较薄的外形3。核心封装主要用于不需要高端技术的汽车和网络应用,如射频和信息娱乐芯片,在近15亿美元的扇出封装市场中占比不到20%。高密度和超高密度主要用于移动应用,预计将扩展到一些网络和高性能计算应用。全球最大的WLCSP制造商是台积电。


在过去的十年中,堆叠式WLCSP得到了充分发展,它允许在同一封装内集成多个集成电路,既可用于异质键合(集成逻辑芯片和存储芯片),也可用于存储芯片堆叠。在2.5-D堆叠中,两个或更多芯片并排放置,一个芯片与另一个芯片之间用中间件连接。2.5-D堆叠根据所使用的内插件种类可分为几类:


硅内插器是唯一需要TSV(即硅通孔)的类型,TSV是一种穿过硅芯片或晶圆的垂直电气连接。硅内插器使用的是一种稳定的技术,已在市场上使用了十多年,但硅的成本很高,而且需要前端技术和制造能力。台积电的CoWoS-S(晶片上基板芯片)在市场上占据主导地位。


硅桥相对较新。由于硅桥使用的硅量比传统硅内插器少,因此更薄,从而降低了功耗,提高了设计灵活性。与传统硅插针相比,硅桥的优势在于可以实现更先进的系统级集成,因此被用于人工智能等高性能计算(HPC)领域。具有代表性的技术包括英特尔的EMIB(嵌入式多芯片互连桥)和台积电的CoWoS-L。


再分布层也可以作为内插层。这种技术的最大优势在于,创建RDL的光刻工艺可实现精细图案化,从而提高速度和散热性能。台积电的CoWoS-R(基板上芯片RDL)即将开始批量生产。


玻璃也正在成为下一代内插材料。它在高频带宽下具有低成本和低功率损耗的特点,但可能在一段时间内还无法推向市场。


在三维堆叠中,多个芯片面朝下相互叠放,可以使用或不使用中间膜。3-D堆叠主要有两种类型。最常见的是带微凸块(µ-凸块)的TSV。新的替代方法是无缓冲混合键合,使用介质键合和嵌入式金属形成互连;存储器厂商正在探索这种方法。


先进封装市场受终端应用驱动


自2010年代中期以来,扇出式晶圆级封装一直占据主导地位,市场份额约为60%。扇出封装比堆叠封装成本更低,而且具有高耐热性和小外形尺寸的特点。这些特性使其适用于移动应用,而移动应用可能会产生对扇出式封装的大部分需求。


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苹果公司的应用处理器、图形芯片以及5G和6G调制解调器芯片采用扇出先进封装。苹果是该技术的最大用户,消耗了台积电生产的大部分产品。其他顶级无晶圆厂企业,即设计和销售硬件和芯片但外包生产的公司,也在大规模生产的芯片中使用扇出技术。


高性能计算和网络应用的大部分增长可能来自人工智能芯片、边缘计算和消费类设备中的网络芯片,它们需要扇出封装所能提供的小外形尺寸和经济实惠的成本。


最有可能推动2.5-D堆叠技术增长的可能是HPC应用,数据中心对这种应用的需求量很大。虽然2022年使用2.5-D堆叠技术的数据中心容量不到20%,但在未来五年内,这一比例可能会增加到50%。对于移动应用而言,2.5-D封装被认为成本过高,但随着下一代产品的到来,这种情况可能会有所改变,因为下一代产品将采用成本更低的硅桥、RDL和玻璃中间膜。


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关键词:封装 芯片    浏览量:5749

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