芯片封装技术

一、概述

封装的作用

1.3 封装类型

1.3.1 打线封装（Wire Bonding）

打线封装是传统的封装方式，具体过程是将晶圆切割为晶粒（Die）后，使晶粒贴合到相应的基板架的小岛（LeadframePad）上，再利用导线将晶片的接合焊盘（Bond pad）与基板的引脚相连（WireBond），实现电气连接，最后用外壳加以保护（Mold，或Encapsulation）。典型封装方式有DIP、SOP、TSOP、QFP等。

1.3.2 覆晶封装（Flip chip packege）

根据封装的层次又大致可分为标准封装和先进封装。标准封装包括2D封装等，先进封装包括2.5D封装、3D封装等。

覆晶封装根据封装密度又可分为如下封装形式，如图所示为封装密度和成本关系示意图：

1. Laminate w/Si Bridge
   嵌入式桥接技术（EMIB），由Intel提出并积极应用
2. Fan-out（RDL）
   通过RDL层来实现信号的传输，典型工艺为台积电InFo工艺，应用于智能手机
3. Fan-out w/Si Bridge
   硅中阶层传输信号，RDL层传输电源和地，典型工艺为台积电CoWoS_L工艺
4. Si interposer
   2.5D封装技术，在基板和die之间放置了额外的硅中介层，die之间的通信通过硅中介层中的连线进行。典型工艺为台积电CoWoS_S工艺，针对于高性能计算市场，主要集成logic层和HBM颗粒。

二、2 D封装

比较成熟的制造工艺，各家工艺厂商的定义基本类似

三、2.5D 封装

相比较早的2D芯片设计验证，2.5D芯片封装设计需要新的设计验证方法学。2.5D封装技术更加各家工艺厂商定义不同有不同的实现方式。

• 2.5D 封装的挑战

1. die间信号/电源完整性分析
2. 跨die的静态时序分析
3. 高速通路的跨芯片跨尺寸的die间联合仿真

CoWoS

增加了硅/矽中介层（interposer），用于承载CPU、IO、GPU 等芯粒，并进行芯粒间的导线连接。

四、3D封装

TSV（Through-siliconvia，硅通孔）

3D堆叠技术（WoW：wafer on wafer）

与2.5D封装不同的是，3D封装时通过硅穿孔将芯粒堆叠起来，上下芯粒间通过硅穿孔中的导线连接。
由于考虑到芯片的散热，该封装技术通常用于DDR芯粒的堆叠。

根据台积电2020年技术数据，芯粒堆叠最多可叠致8片。

3D封装的优势

1. 相比2D封装，减少的Die连接线长和die占地面积，进而导致耕地的连接延迟和功耗
2. 由于TSV的存在，获得更高的互连密度，缓解了2D封装下IO pin数量的限制
3. 较小的footprint也使得芯片良率更高ao

3D封装流程

(图片来源于 3D ASIP, 2013 M. S. Seo )