先進封裝Chiplet:用面積和堆疊跨越摩爾定律限制與芯片封裝清洗介紹
Chiplet即小芯片之意,指在晶圓端將原本一顆“大”芯片(Die)拆解成幾個“小”芯片(Die),因單個拆解后的“小”芯片在功能上是不完整的,需通過封裝,重新將各個“小”芯片組合起來,功能上還原原來“大”芯片的功能。Chiplet可以將一顆大芯片拆解設計成幾顆與之有相同制程的小芯片,也可以將其拆解成設計成幾顆擁有不同制程的小芯片。
一、核心結論
1、先進制程受限,先進封裝/Chiplet提升算力,必有取舍。在技術可獲得的前提下,提升芯片性能,先進制程升級是首選,先進封裝則錦上添花。
2、大功耗、高算力的場景,先進封裝/Chiplet有應用價值。
3、我國先進制程產能儲備極少,先進封裝/Chiplet有助于彌補制程的稀缺性。
先進封裝/Chiplet可以釋放一部分先進制程產能,使之用于更有急迫需求的場景。
二、用面積和堆疊跨越摩爾定律限制
芯片升級的兩個永恒主題:性能、體積/面積。芯片技術的發展,推動著芯片朝著高性能和輕薄化兩個方向提升。而先進制程和先進封裝的進步,均能夠使得芯片向著高性能和輕薄化前進。面對美國的技術封裝,華為難以在全球化的先進制程中分一杯羹,手機、HPC等需要先進制程的芯片供應受到嚴重阻礙,亟需另辟蹊徑。而先進封裝/Chiplet等技術,能夠一定程度彌補先進制程的缺失,用面積和堆疊換取算力和性能。先進制程受限,先進封裝/Chiplet提升算力,必有取舍
三、何謂先進封裝?
先進封裝是對應于先進圓晶制程而衍生出來的概念,一般指將不同系統集成到同一封裝內以實現更高效系統效率的封裝技術。換言之,只要該封裝技術能夠實現芯片整體性能(包括傳輸速度、運算速度等)的提升,就可以視為是先進封裝。傳統的封裝是將各個芯片單獨封裝好,再將這些單獨的封裝芯片裝配到PCB主板上構成完整的系統,芯片間的信息交換屬于PCB級的互連(interconnect),又稱板級互連;或者將不同的芯片貼裝到同一個封裝基板Substrate上,再完成系統級的封裝,芯片間的通訊屬于Substrate級的互連。這兩種形式的封裝互連技術,芯片間的信息傳輸需要通過PCB或Substrate布線完成。理論上,芯片間的信息傳輸距離越長,信息傳遞越慢,芯片組系統的性能就越低。因此,同一芯片水平下,PCB級互連的整體性能比Substrate級互連的性能弱。
在摩爾定律失效之前,芯片系統性能的提升可以完全依賴于芯片本身制程提升(制程提升使得芯片集成晶體管數量提升)。但隨著摩爾定律失效,芯片制程提升速度大大放緩,芯片系統性能的提升只能通過不斷優化各個芯片間的信息傳輸效率,圓晶Wafer級封裝互連技術的價值凸顯。
Wafer級的封裝互連技術,將不同的SoC集成在TSV(硅通孔技術:Through silicon via)內插板(interposer)上。Interposer本身材料為硅,與SoC的襯底硅片相同,通過TSV技術以及再布線(RDL)技術,實現不同SoC之間的信息交換。換言之,SoC之間的信息傳輸是通過Interposer完成。Interposer再布線采用圓晶光刻工藝,比PCB和Substrate布線更密集,線路距離更短,信息交換更快,因此可以實現芯片組整體性能的提升。圖XX示例為CoWoS封裝(Chip on Wafer on Substrate),CPU/GPU die與Memory die通過interposer實現互連,信息直接通過interposer上的RDL布線傳輸,不經過Substrate或PCB,信息交換快,系統效率高。
從半導體制程進入10nm以來,摩爾定律已經失效,即芯片迭代不再滿足“集成電路芯片上所集成的晶體管數目,每隔18個月就翻一番;微處理器的性能每隔18個月提高一倍,而價格下降一倍”。在后摩爾定律時代,對于“more than moore”的延續,先進封裝是業界公認的有效途徑。
四、Chiplet芯片封裝清洗
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。
推薦使用合明科技水基清洗劑產品。
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以上為本公司一些經驗的累積,因工藝問題內容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產業的不斷更新換代,新的工藝問題也不斷出現,本公司自成立以來不斷的追求產品的創新,做到與時俱進,熟悉各種生產復雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。
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