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!