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3D封装成为 后摩尔时代重要技术(3d 封装)

放大字体  缩小字体 更新:2022-11-12  浏览:59175   来源:游客  转载:免费信息网
摘要:  随着摩尔定律发展趋缓,同时5G智能手机、高性能计算、大数据、5G和人工智能等新兴领域的蓬勃发展,先进封装特别是3D封装成为了重要的技术手段,发展非常迅速。如
 

3D封装成为 后摩尔时代重要技术(3d 封装)

  随着摩尔定律发展趋缓,同时5G智能手机、高性能计算、大数据、5G和人工智能等新兴领域的蓬勃发展,先进封装特别是3D封装成为了重要的技术手段,发展非常迅速。

  如今,通过硅通孔(TSV)和微凸点技术的2.5D/3D封装,可以完成多芯片的高密度堆叠,为后摩尔时代集成电路发展提供了有力支撑。高带宽存储器(HBM)已经量产,2016年形成了标准;以AMD、INTEL、Xilinx为代表的企业面向CPU/GPU/FPGA应用的2.5D/3D芯片堆叠产品不断问世,推动了芯粒(Chiplet)技术发展。3D扇出型封装也可以实现高密度三维互连,而且成本比3.5D TSV更加经济,在一些多芯片高密度互连应用方面实现了量产。当前,随着前道制造企业进入先进封装领域以及3D封装技术的推广,未来将会给整个先进封装行业带来非常显著的技术升级和高速增长。

  通过梳理3D封装的技术路径,我们发现3D封装的技术路径主要有5种。第一,引线键合多层芯片堆叠。第二,封装堆叠(PoP)技术,该技术是将手机处理芯片和存储芯片进行三维堆叠。第三,3D扇出型封装,该技术可以实现高密度三维互连。第四,硅通孔(TSV)和微凸点技术芯片堆叠,也就是所谓的2.5D/3D封装,可以完成多芯片的高密度堆叠,为后摩尔时代集成电路发展提供了有力支撑。当前,高带宽存储器(HBM)已经量产;以AMD、INTEL为代表的企业面向CPU/GPU应用;以Xilinx为代表的企业面向FPGA的2.5D/3D芯片堆叠产品不断问世,推动了芯粒(Chiplet)技术发展。2022年,国际上几家大公司成立了chiplet联盟,以期推出相关的标准的制定;第五,基于TSV和无凸点堆叠技术。以台积电为代表的企业正在开展基于TSV和无凸点堆叠技术,将互连节距推向1微米以下,为超高密度芯片堆叠做准备,以满足处理器芯片的功能需要。

  目前,3D封装技术也面临着很多技术的难点和卡点。其一,在超高密度硅通孔技术深宽比大于15∶1的制备技术中,TSV硅通孔的孔径在不断缩小的过程中,TSV孔内绝缘层、粘附层和阻挡层需要进一步降低成本的方案。其二,三维扇出技术的可靠性问题需要解决。例如,线宽如何进一步微缩到1微米,芯片偏移和重组后晶圆翘曲管控等难题亟待解决。其三,在超高密度芯片堆叠技术中,节距小于1微米的超高精度C2W无凸点键合技术和装备需要进一步完善。其四,高密度重布线(RDL)技术面临着亚微米L/S和大于五层布线的需求,从材料到设备工艺都需要进一步研发升级。其五,三维芯片堆叠的散热方式、材料和工艺需要根据芯片功耗进行优化。其六,3D封装电性、微区失效分析日趋复杂,需要在测试方面作进一步优化。

  对于未来市场前景和发展趋势,当前,随着摩尔定律发展趋缓,在晶圆先进制造方面的投入越来越大,使得产业界更关注3D封装技术。预计3D封装技术将成为电子产品小型化、系统集成化、低功耗和高带宽的重要手段,市场前景非常广阔。

  目前先进封装的整体市场规模超过350亿美元,芯粒市场规模预计在60亿美元左右,都处于高速增长阶段。根据高性能计算和存储器领域的产业发展趋势预测,3D封装将向着更高I/O密度的方向发展,其中混合键合技术最为关键,可获得更高的响应速度、带宽密度和能源效率。

  在3D封装领域,台积电(TSMC)作为明星龙头企业,硅通孔和扇出高端先进封装技术都取得了较大的技术领先优势,同时凭借技术优势也获得高端封装的绝对市场占有率。在国内,随着技术的积累和资本的助力,目前已经涌现出一批具有成长性的企业。

  (作者系厦门大学微电子与集成电路系主任)

(责任编辑:殷俊红)

 
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