摩爾定律中的普羅米修斯——2.5D封裝技術

承接上文，我們在上文中已經提到：

自1965年摩爾定律被提出之後，半導體行業便一直遵循其軌跡高速發展。

然而近年來隨著晶片製程突破難度的逐漸加大，關於摩爾定律失效的言論此起彼伏。

那麼，作為摩爾定律生命週期的重要延續，

以2.5D為代表的先進封裝實際上已成為超越摩爾定律的關鍵賽道。

承載著2。5D封裝技術的CiP晶片

那麼，什麼是2.5D先進封裝？

開宗明義，定義先行，

2.5D封裝

顧名思義就是：

2。5D封裝是一種先進的異構晶片封裝，可以實現多個晶片的高密度線路連線，整合為一個封裝。

在2。5D封裝中，裸片堆疊或並排放置在具有

矽通孔（TSV）

的中介層頂部；

其底座，即

矽中介層(Silicon Interposer)

，可提供晶片之間的互聯。

2。5D封裝示意圖

2008年，賽靈思將其大型FPGA劃分為四個良率更高的較小晶片，並將這些晶片連線到矽中介層。

2。5D封裝由此誕生，並最終廣泛用於高頻寬記憶體（HBM）處理器整合。

其中又有兩個關鍵技術要為我們所熟知：

1）矽通孔技術(TSV-Through Silicon Via)：

出自：3D矽通孔應用的裝置和材料市場-2017版

它是一項高密度封裝技術，正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術，被認為是第四代封裝技術。

TSV技術透過銅、鎢、多晶矽等導電物質的填充，實現矽通孔的垂直電氣互連。

2）矽中介層(Silicon Interposer)：

出自：2020通用版封裝工藝

中介層是一種由矽和有機材料製成的矽基板，是先進封裝中多晶片模組傳遞電訊號的管道。

一層薄薄的中介層被加入基底和Die之間，起到承上啟下的作用；

藉助矽中介四通八達的通道，多個Die可以自由的組合在一起，就像一個巨型的

地下交通樞紐。

接下來，我們來說說2.5D先進封裝，到底哪先進？

首先，2.5D封裝真正的讓晶片效能有所提升：

藉助2。5D先進封裝技術，把記憶體，GPU和I/O整合在一塊基板上，拉近它們與處理器的距離，提升傳輸頻寬，不僅可以節省能耗與成本，還可以提升計算效率。

藉助矽中階層和TSV技術，採用先進封裝的晶片之間能產生更快的資料輸入和輸出。

根據估計，使用先進封裝技術封裝的應用處理器和儲存器晶片將減少約30％或40％的面積，傳輸速度比使用舊技術封裝的晶片快兩到三倍，可節省高達40％或更多的功耗。

其次，2.5D封裝實現了從成本到效能的完美平衡：

與SoC （System-on-chip）：系統級晶片相比：

2。5D封裝技術在保證效能的情況下，產量及成本都大幅下降；

但，SoC （System-on-chip）：系統級晶片有著成本高產量低的難點；

並且，在遠觀未來：其相關技術的突破成本和可靠性都將是巨大的挑戰。

與3D封裝相比：

相較於2。5D 封裝，3D 封裝的原理是在晶片製作電晶體（CMOS）結構，並且直接使用TSV來連線上下不同晶片的電子訊號，以直接將記憶體或其他晶片垂直堆疊在上面。

此項封裝最大的技術挑戰便是，要在晶片內直接製作TSV困難度極高；這也導致其相關的TSV製作工藝流程複雜且良率較低，導致其可靠性及成本巨幅增加。

另外，據Semiconductor Engineering網站報導：

隨著2。5D先進封裝技術的全面推廣，2。5D先進封裝技術的晶片產品成本，未來可望隨著相關產品量產而愈來愈低。

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關於2。5D先進封裝，本次我們就先介紹這麼多……

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最後的最後，藉由——王家衛《一代宗師》裡的一段話：

人要往遠看，過了山，眼界就開闊了。——王家衛《一代宗師》

願每一位半導體從業者可以——心懷夢想，闊步向前！