人工智能芯片先進封裝技術的發展現狀

隨著人工智能技術的快速發展，AI芯片作為支撐AI算法運行的核心硬件，其性能要求日益提高。傳統的芯片封裝技術主要關注芯片的保護和連接，已難以滿足AI芯片對高性能、低功耗和高集成度的要求，因此先進封裝技術應運而生。

一、技術類型不斷豐富

目前，人工智能芯片先進封裝技術主要包括2.5D封裝、3D封裝、扇出型封裝（Fan - Out Packaging）以及異質集成封裝等。

• 2.5D封裝技術：是一種將多個芯片或芯片組件水平排列在同一平面上，并通過硅中介層（Silicon Interposer）實現互連的技術。硅中介層上集成了高密度的布線層和微凸點，實現了芯片間的高速數據傳輸。這種封裝方式不僅提高了芯片的集成度，還降低了互連延遲，提升了AI芯片的整體性能。

• 3D封裝技術：與2.5D封裝技術相比，3D封裝技術進一步實現了芯片在垂直方向上的堆疊。通過采用通孔（Through - Silicon Via，TSV）技術，將不同層次的芯片或組件垂直互連，實現了更緊密的集成和更短的互連距離。這種封裝方式顯著提升了AI芯片的集成度和性能，還有效降低了功耗和散熱問題。

• 扇出型封裝技術：這是一種新型的封裝技術，它通過重構芯片的封裝結構，實現了更小的封裝尺寸和更高的I/O密度。在這種封裝方式中，芯片的I/O引腳被重新布局在封裝基板的邊緣，形成了扇出型結構。這種結構提高了封裝的可靠性，還使得AI芯片能夠與其他組件更緊密地集成在一起，提升了整體性能。

• 異質集成封裝技術：是一種將不同材料、工藝和功能的芯片或組件集成在一起的技術。通過采用先進的封裝材料和工藝，實現了不同芯片或組件之間的無縫連接和高效互操作。這種封裝方式充分發揮了不同芯片或組件的優勢，實現了AI芯片在性能、功耗和成本等方面的優化。

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二、市場需求推動發展

• 巨大的市場潛力：2024年，中國人工智能芯片市場規模預計將達到785億元，未來或將保持較高增速。全球范圍內，隨著人工智能在各個領域如高性能計算、自動駕駛、智能家居、醫療健康、航空航天等的廣泛應用，對AI芯片的需求不斷攀升，從而推動了先進封裝技術的發展。

• 滿足高性能計算需求：在高性能計算領域，復雜的AI算法需要AI芯片具備強大的計算能力，同時在功耗、散熱和集成度等方面達到優化。例如在數據中心，運行大規模的深度學習模型需要大量的算力支持，傳統封裝技術難以滿足，先進封裝技術則可以為AI芯片提供更高的計算能力和更低的功耗，以滿足這類復雜AI算法的運行需求。

三、產業發展面臨的挑戰

• 成本限制：先進封裝技術的研發和制造成本較高，這限制了其在中低端市場的應用。例如，目前CoWoS封裝技術雖然是高端性能芯片封裝的主流方案之一，但臺積電的CoWoS先進封裝價格將上漲10%-20%，較高的成本使得中小規模企業難以采用這種先進封裝技術用于AI芯片生產。

• 技術難題待解：隨著封裝密度的增加，散熱和電磁兼容等問題也日益突出。例如，在新型基板上進行先進芯片封裝時，光刻膠的涂覆可能會成為瓶頸之一。同時，對于新的封裝技術，可能需要升級或更換大量生產工具和材料，這對企業來說是一項巨大的投入。

芯片封裝清洗介紹

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·         水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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