芯片为什么要封装？主流的先进封装技术有哪些？

芯片为什么要封装？主流的先进封装技术有哪些？

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网易

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https://m.163.com/dy/article/JNT0O1OK05566QJK.html

封装是半导体行业中的重要环节，位于整个生产流程的下游。所有芯片的诞生都离不开封装。本文将详细介绍封装技术的定义、必要性以及主流的先进封装技术。

什么是封装？

PKG（Packaging）主要是在半导体制造的后道工程中完成的。即利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过塑性绝缘介质（一般采用EMC：Encapsulated Molding Compound环氧树脂模塑料）灌封固定，构成整体主体结构的工艺。

为什么要封装？

封装在整个芯片制造环节中处于下游关键地位，加之先进制程放缓，封装对“延续”摩尔定律、提高芯片算力和晶体管密度、降低功耗成本的积极作用越发明显。

设计、制造之后得的晶圆裸片虽具有内部电路，但无法与外部电路连接且裸片易碎。不能直接作为芯片使用。

封装的作用可以归结为4点：

• 机械支撑和环境保护；
• 将芯片IO信号传输到电路板，实现各元件互联通信；
• 供电电路的分配；
• 将芯片的热量传导到外界环境。

从深层次来讲，最重要的目的是使芯片与电路板进行互联，但因为芯片中电路（这里更多指I/O部分）的尺寸与电路板的电路尺寸差别过于悬殊，所以需要采取一些特别的手段进行连接，而先进封装发展的原因很大程度也源于这个矛盾。

主流的先进封装技术有哪些？

目前先进封装中按照主流可分为2D封装、2.5D封装、3D封装三种类型。

1. 2D封装技术

其中，2D封装的代表就是“胶水”——MCM（MCM-Multichip Module，多芯片模块）技术，它能将多颗芯片和其他单元组装在同一块多层互连基板上，然后进行封装，从而形成高密度和高可靠性的微电子组件。

英特尔低功耗移动版酷睿处理器就是2D封装的典型代表，将CPU和芯片组封装在一个基板上。

2. 2.5D封装技术

我们可以将2.5D封装技术理解为“平面版”的乐高积木，可以在一个固定大小的平面上，横向固定不同样式和大小的积木块。

在处理器领域，这些积木块就变成了由不同工艺打造的不同功能模块，比如将7nm工艺的CPU、10nm的GPU、14nm的I/O单元、22nm的通讯单元等堆在一个基板上。

2.5D封装技术以英特尔EMIB和台积电CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）为代表。

3. 3D封装技术

3D封装更像是“立体版”的乐高积木，可以像盖楼一般将所有需要的功能模块一层层地纵向叠加累积起来。

和2.5D封装不同，3D封装是一种晶圆对晶圆（Wafer-On-Wafer）无凸起的键合（Bonding）3D IC制程技术。

目前符合这一标准的技术，主要以台积电旗下的WoW（Wafer on Wafer），以及英特尔主推的“Foveros”的3D封装技术为主。

4D集成技术介绍

物理结构：多块基板采用非平行的方式进行安装，且每一块基板上均设有元器件，元器件的安装方式具有多样化。

电气连接：基板间采用柔性电路或焊接的方式相连，基板中芯片的电气连接多样化。

基于刚柔基板的4D集成示意图：

4D集成定义主要是关于多块基板的方位和相互连接方式，因此在4D集成也会包含有2D，2D+，2.5D，3D的集成方式