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芯片先進封裝詳解(2.5D封裝、3D封裝、Chiplet、扇出(Fan Out)封裝、扇出晶圓級封裝(FOWLP))

合明科技 ?? 7918 Tags:2.5D封裝3D封裝Chiplet
先進封裝是“超越摩爾”(More than Moore)時代的一大技術亮點。當芯片在每個工藝節點上的微縮越來越困難、也越來越昂貴之際,工程師們將多個芯片放入先進的封裝中,就不必再費力縮小芯片了。本文將對先進封裝技術中最常見的10個術語進行簡單介紹。

2.5D封裝

先進封裝是“超越摩爾”(More than Moore)時代的一大技術亮點。當芯片在每個工藝節點上的微縮越來越困難、也越來越昂貴之際,工程師們將多個芯片放入先進的封裝中,就不必再費力縮小芯片了。本文將對先進封裝技術中最常見的10個術語進行簡單介紹。

2.5D封裝

2.5D封裝是傳統2D IC封裝技術的進展,可實現更精細的線路與空間利用。在2.5D封裝中,裸晶堆棧或并排放置在具有硅通孔(TSV)的中介層(interposer)頂部。其底座,即中介層,可提供芯片之間的連接性。

2.5D封裝通常用于高端ASIC、FPGA、GPU和內存立方體。將其大型FPGA劃分為四個良率更高的較小芯片,并將這些芯片連接到硅中介層。2.5D封裝由此誕生,并最終廣泛用于高帶寬內存(HBM)處理器整合。

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▲2.5D封裝示意圖

3D封裝
在3D IC封裝中,邏輯裸晶堆棧在一起或與儲存裸晶堆棧在一起,無需建構大型的系統單芯片(SoC)。裸晶之間透過主動中介層連接,2.5D IC封裝是利用導電凸塊或TSV將組件堆棧在中介層上,3D IC封裝則將多層硅晶圓與采用TSV的組件連接在一起。

TSV技術是2.5D和3D IC封裝中的關鍵使能技術,半導體產業一直使用HBM技術生產3D IC封裝的DRAM芯片。

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▲從3D封裝的截面圖可以看出,透過金屬銅TSV實現了硅芯片之間的垂直互連


Chiplet

芯片庫中有一系列模塊化芯片可以采用裸晶到裸晶互連技術整合到封裝中。Chiplet是3D IC封裝的另一種形式,可以實現CMOS組件與非CMOS組件的異質整合(Heterogeneous integration)。換句話說,它們是較小型的SoC,也叫做chiplet,而不是封裝中的大型SoC。

將大型SoC分解為較小的小芯片,與單顆裸晶相比具有更高的良率和更低的成本。Chiplet使設計人員可以充分利用各種IP,而不用考慮采用何種工藝節點,以及采用何種技術制造。他們可以采用多種材料,包括硅、玻璃和層壓板來制造芯片。

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▲基于Chiplet的系統是由中介層上的多個Chiplet組成


扇出(Fan Out)封裝

在扇出封裝中,“連結”(connection)被扇出芯片表面,從而提供更多的外部I/O。它使用環氧樹脂成型材料(EMC)完全嵌入裸晶,不需要諸如晶圓凸塊、上助焊劑、倒裝芯片、清潔、底部噴灑充膠和固化等工藝流程,因此也無需中介層,使異質整合變得更加簡單。

與其他封裝類型相比,扇出技術提供了具有更多 I/O 的小尺寸封裝。

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▲扇出封裝


扇出晶圓級封裝(FOWLP)

FOWLP技術是針對晶圓級封裝(WLP)的改進,可以為硅芯片提供更多外部連接。它將芯片嵌入環氧樹脂成型材料中,然后在晶圓表面建構高密度重分布層(RDL)并施加焊錫球,形成重構晶圓(reconstituted wafer)。

它通常先將經過處理的晶圓切成單顆裸晶,然后將裸晶分散放置在載體結構(carrier structure)上,并填充間隙以形成重構晶圓。FOWLP在封裝和應用電路板之間提供了大量連接,而且由于基板比裸晶要大,裸晶的間距實際上更寬松。

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▲FOWLP封裝示例

先進芯片封裝清洗:

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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。

合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產品。

 


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