现代半导体先进封装技术

逍遥设计自动化

先进封装简介
先进封装技术已成为半导体行业创新发展的主要推动力之一，为突破传统摩尔定律限制提供了新的技术手段。本文探讨先进封装的核心概念、技术和发展趋势[1]。
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+ Z; R, S1 o' b7 ]图1展示了硅通孔(TSV)技术的示意图和实物照片，显示了垂直互联结构。
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XY平面和Z轴延伸的关键技术
现代先进封装可分为两种主要方式：XY平面延伸和Z轴延伸。XY平面延伸主要利用重布线层(RDL)技术进行信号布线，而Z轴延伸则采用硅通孔(TSV)技术实现垂直连接。
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图2展示了扇入和扇出重布线的示意图，说明了重新分布芯片连接的不同方法。
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2 J1 [" U* \! ]3 m" f2 o6 q& o扇出技术及演进
: o' @1 Y! \" u: A扇出晶圆级封装(FOWLP)是先进封装的重要发展之一。该技术将重布线层扩展到芯片区域之外，在保持紧凑外形的同时增加输入/输出连接数量。该技术已发展出集成扇出(InFO)和面板级扇出封装(FOPLP)等变体。

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. p" I9 ]% d/ W& g' @  C图3对比了FIWLP、FOWLP和InFO技术，展示其结构差异和演进过程。
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TSV集成与实现
7 r% a# E/ z! |4 ?( o- y( HTSV技术实现了先进封装中的真正3D集成。TSV可以采用3D或2.5D配置实现，每种方法都具有不同应用场景的优势。
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4 i" p) m5 f! u9 o. M6 |* v- `图4展示了3D TSV和2.5D TSV的示意图，说明这两种方法的根本区别。
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行业领导者及解决方案
# t2 n( z' H: J2 x* r% ^主要半导体公司都开发了自己的先进封装技术。台积电的晶圆级芯片堆叠(CoWoS)技术在高性能计算应用中得到广泛应用。

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0 Q9 u- ~1 K/ f& Q图5显示了CoWoS结构示意图，展示了芯片在硅中介层和基板上的集成方式。
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先进内存集成
高带宽内存(HBM)是先进封装领域的重要突破，特别适用于图形处理和高性能计算应用。HBM将3D堆叠与高速接口相结合，实现了极高的内存带宽。
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图6展示了HBM技术示意图和实物剖面，显示了堆叠内存结构和互连方式。

英特尔的先进封装方案
英特尔推出了嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)和Foveros等创新技术。这些方法提供了实现高密度集成的不同途径。

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& k9 {# |% `! M* n1 P( @图7对比了EMIB、Foveros和CO-EMIB的技术示意图和产品剖面，展示了英特尔各种先进封装解决方案。

先进封装的基本要素
先进封装的基础建立在四个关键要素之上：RDL、TSV、凸点和晶圆。这些要素共同支持各种集成方法和技术。

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- ?3 ?) a, V1 Y  s" R7 [- Q' _! B9 w图8展示了先进封装的四个要素：RDL、TSV、凸点和晶圆，说明各要素间的相互关系。
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6 y5 i+ z; K; ~" W. U0 h技术趋势与演进
8 n+ _& U& u8 `' w随着技术进步，这些要素出现了新的发展趋势，特别是凸点技术逐渐向更细间距发展，在硅对硅接口中可能最终被淘汰。

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图9显示了凸点技术的发展趋势，描述了向更细间距演进并最终在硅接口中消失的过程。

% @9 L4 A$ Z$ K1 n" O1 l先进封装与SiP的关系
/ y5 Z8 t! v6 v8 D先进封装与系统级封装(SiP)的关系复杂，既有重叠又有区别。虽然所有先进封装解决方案都旨在提高系统密度和性能，但采用的方法和技术可能不同。
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! m8 h$ E: k; }4 [0 Z" \# p0 j图10描述了HDAP和SiP的关系，展示重叠区域和独特特征。
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7 G( Y6 Y3 b+ e' F5 p; O未来展望与行业影响
先进封装技术持续发展，新技术不断涌现，以满足现代电子产品日益增长的需求。从移动设备到高性能计算，先进封装在推动下一代电子系统发展中发挥重要作用。
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) W6 ?4 l6 ~% W# t近年来，行业出现了许多重要创新，如台积电的SoIC和三星的X-Cube等技术，推动了先进封装技术的发展。这些进展表明，先进封装将继续推动半导体创新，提供提升系统性能、降低功耗的新方法。

4 N& t6 s' T( R: K( J先进封装代表了半导体技术从传统的"重外部"封装转向"重内部"集成。转变促进了芯片设计团队和封装团队的紧密合作，为现代电子系统提供了更优化、更高效的解决方案。

参考文献
[1] S. Li, "SiP and Advanced Packaging Technology," in MicroSystem Based on SiP Technology. Beijing, China: Publishing House of Electronics Industry, 2022, ch. 5, pp. 117-154.
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