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芯片先进封装详解(2.5D封装、3D封装、Chiplet、扇出(Fan Out)封装、扇出晶圆级封装(FOWLP))

合明科技 👁 4298 Tags:2.5D封装3D封装Chiplet
先进封装是“超越摩尔”(More than Moore)时代的一大技术亮点。当芯片在每个工艺节点上的微缩越来越困难、也越来越昂贵之际,工程师们将多个芯片放入先进的封装中,就不必再费力缩小芯片了。本文将对先进封装技术中最常见的10个术语进行简单介绍。

2.5D封装

先进封装是“超越摩尔”(More than Moore)时代的一大技术亮点。当芯片在每个工艺节点上的微缩越来越困难、也越来越昂贵之际,工程师们将多个芯片放入先进的封装中,就不必再费力缩小芯片了。本文将对先进封装技术中最常见的10个术语进行简单介绍。

2.5D封装

2.5D封装是传统2D IC封装技术的进展,可实现更精细的线路与空间利用。在2.5D封装中,裸晶堆栈或并排放置在具有硅通孔(TSV)的中介层(interposer)顶部。其底座,即中介层,可提供芯片之间的连接性。

2.5D封装通常用于高端ASIC、FPGA、GPU和内存立方体。将其大型FPGA划分为四个良率更高的较小芯片,并将这些芯片连接到硅中介层。2.5D封装由此诞生,并最终广泛用于高带宽内存(HBM)处理器整合。

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▲2.5D封装示意图

3D封装
在3D IC封装中,逻辑裸晶堆栈在一起或与储存裸晶堆栈在一起,无需建构大型的系统单芯片(SoC)。裸晶之间透过主动中介层连接,2.5D IC封装是利用导电凸块或TSV将组件堆栈在中介层上,3D IC封装则将多层硅晶圆与采用TSV的组件连接在一起。

TSV技术是2.5D和3D IC封装中的关键使能技术,半导体产业一直使用HBM技术生产3D IC封装的DRAM芯片。

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▲从3D封装的截面图可以看出,透过金属铜TSV实现了硅芯片之间的垂直互连


Chiplet

芯片库中有一系列模块化芯片可以采用裸晶到裸晶互连技术整合到封装中。Chiplet是3D IC封装的另一种形式,可以实现CMOS组件与非CMOS组件的异质整合(Heterogeneous integration)。换句话说,它们是较小型的SoC,也叫做chiplet,而不是封装中的大型SoC。

将大型SoC分解为较小的小芯片,与单颗裸晶相比具有更高的良率和更低的成本。Chiplet使设计人员可以充分利用各种IP,而不用考虑采用何种工艺节点,以及采用何种技术制造。他们可以采用多种材料,包括硅、玻璃和层压板来制造芯片。

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▲基于Chiplet的系统是由中介层上的多个Chiplet组成


扇出(Fan Out)封装

在扇出封装中,“连结”(connection)被扇出芯片表面,从而提供更多的外部I/O。它使用环氧树脂成型材料(EMC)完全嵌入裸晶,不需要诸如晶圆凸块、上助焊剂、倒装芯片、清洁、底部喷洒充胶和固化等工艺流程,因此也无需中介层,使异质整合变得更加简单。

与其他封装类型相比,扇出技术提供了具有更多 I/O 的小尺寸封装。

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▲扇出封装


扇出晶圆级封装(FOWLP)

FOWLP技术是针对晶圆级封装(WLP)的改进,可以为硅芯片提供更多外部连接。它将芯片嵌入环氧树脂成型材料中,然后在晶圆表面建构高密度重分布层(RDL)并施加焊锡球,形成重构晶圆(reconstituted wafer)。

它通常先将经过处理的晶圆切成单颗裸晶,然后将裸晶分散放置在载体结构(carrier structure)上,并填充间隙以形成重构晶圆。FOWLP在封装和应用电路板之间提供了大量连接,而且由于基板比裸晶要大,裸晶的间距实际上更宽松。

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▲FOWLP封装示例

先进芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

合明科技运用自身原创的产品技术,满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求,打破国外厂商在行业中的垄断地位,为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 


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