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先进封装之2.5D与3D封装技术的优缺点全面对比,与芯片清洗剂介绍

合明科技 👁 1854 Tags:3D封装2.5D封装先进封装芯片封装清洗

2.5D封装定义与特点

2.5D封装技术作为一种先进的封装技术,它的定义和特点对于理解其在电子系统中的应用和优势至关重要。

定义

2.5D封装技术的定义可以从几个不同的角度来解释。首先,它是一种介于传统2D封装和3D封装之间的过渡技术1。这种技术通过使用硅中介层(Silicon Interposer)和硅通孔(Through-Silicon Via, TSV)实现芯片之间的垂直电气连接,从而提高系统的整体性能。2.5D封装还可以被视为一种异构芯片封装,能够实现多个芯片的高密度线路连接,集成为一个封装3

特点

2.5D封装技术的主要特点包括:

高性能

硅中介层提供了高密度的互连,使得芯片之间的数据传输速度大大提高。这一点在搜索结果中得到了明确的阐述,指出2.5D封装技术的关键在于硅中介层的设计和制造,以及硅通孔(TSV)技术实现的垂直互连1

灵活性

2.5D封装可以集成不同工艺、不同功能的芯片,实现了异构集成。这种灵活性使得2.5D封装在实际应用中具有更大的适应性和可能性1

可扩展性

通过增加硅中介层的面积和TSV的数量,可以方便地扩展系统的功能和性能。这意味着2.5D封装技术能够适应未来技术发展的需求,容易进行升级和扩展1

制造成本相对较低

尽管2.5D封装技术存在一些挑战,如制造成本高,但相比于3D封装技术,2.5D封装的制造工艺相对较为成熟,成本相对较低。这使得2.5D封装成为了许多电子系统制造商的首选封装技术12

热管理问题

由于多个芯片紧密集成,热密度较高,需要有效的热管理方案。这是2.5D封装技术面临的一个重要挑战,需要在设计和制造过程中考虑到热管理和散热问题

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3D封装定义与特点

3D封装技术是一种先进的集成电路封装技术,它通过在垂直方向上堆叠多个芯片,实现了更高的封装密度和性能。以下是根据搜索结果整理的3D封装的定义和主要特点:

定义

3D封装,又称为3D晶圆级封装(WLP),是一种封装技术,它允许在不改变封装体尺寸的前提下,在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片。这种技术起源于快闪存储器(NOR/NAND)及SDRAM的叠层封装12

主要特点

多功能性与高效能

3D封装的主要特点是多功能、高效能。它可以使得单位体积上的功能及应用成倍提升12

大容量高密度

3D封装能够实现大容量高密度,这是因为在垂直方向上增加了芯片的堆叠,从而显著提高了封装密度12

低成本

除了提供高性能之外,3D封装还具有较低的成本,这使得它在商业上更具吸引力12

封装趋势与分类

封装趋势是叠层封(PoP),低产率芯片似乎倾向于PoP。另一方面,多芯片封装(MCP)方法被用于高密度和高性能的芯片。此外,系统级封装(SiP)技术也是主要趋势之一,其中逻辑器件和存储器件都在各自的工艺下制造,然后在一个SiP封装内结合在一起12

高速度、高性能、高可靠性

多芯封装(MCP)技术追求高速度、高性能、高可靠性和多功能,而不只是像一般混合IC技术那样以缩小体积重量为主12

散热问题与可靠性限制

虽然3D封装带来了许多优势,但它也带来了散热问题,并且在长期可靠性方面有所限制。这是因为高效能运算、人工智能等应用兴起以及TSV技术的逐渐成熟,越来越多的CPU、GPU和记忆体开始采用3D封装。3D领域主要有台积电的SoIC、英特尔的Foveros、三星的X-Cube3

结构复杂性与散热设计挑战

3D封装结构较为复杂,散热设计及可靠性控制都比2D芯片封装更具挑战性。研究3D封装结构设计与散热设计具有非常迫切的理论意义和实际应用价值4

高度集成与信号传输速度提升

3D封装体内部单位面积互连点数大大增加,集成度更高,外部连接点数也更少,从而提升了IC芯片工作稳定性。此外,3D封装能够显著缩短芯片间导线长度,从而提升信号传输速度,降低了信号时延与线路干扰,深入提升了电气性能.

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2.5D封装与3D封装的异同

2.5D封装与3D封装的主要区别在于其互连方式和集成度。2.5D封装通常在中介层上进行布线和打孔,而3D封装则是在芯片上直接打孔和布线,实现电气连接上下层芯片。2.5D封装的代表技术包括英特尔的EMIB、台积电的CoWoS和三星的I-Cube,而3D封装则以英特尔和台积电的一些高端处理器为例。

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2.5D封装通常被视为是结合了2D和3D特点的中间技术,因为它使用了中介层和一些3D封装的特性,但它避免了3D封装中直接在芯片上制作TSV的复杂性和成本。


2.5D封装与3D封装的异同

2.5D封装和3D封装都是新兴的半导体封装技术,它们都可以实现芯片间的高速、高密度互连,从而提高系统的性能和集成度。以下是它们的一些主要异同点:

1. 互连方式的不同

2.5D封装是通过TSV(Through Silicon Vias)转换板连接芯片,而3D封装则是将多个芯片垂直堆叠在一起,并通过直接键合技术实现芯片间的互连。在2.5D结构中,两个或多个有源半导体芯片并排放置在硅中介层上,以实现极高的芯片到芯片互连密度。而在3D结构中,有源芯片通过芯片堆叠集成,以实现最短的互连和最小的封装尺寸13

2. 制造工艺的不同

2.5D封装需要制造硅基中介层,并且需要进行微影技术等复杂的工艺步骤;而3DIC封装则需要进行直接键合技术等高难度的制造工艺步骤13

3. 应用场景的不同

2.5D封装通常应用于高性能计算、网络通信、人工智能、移动设备等领域,具有较高的性能和灵活的设计;而3DIC封装通常应用于存储器、传感器、医疗器械等领域,具有较高的集成度和较小的封装体积14

4. 技术特点和优势

2.5D封装的概念与2.5D封装类似,但与传统2.5D封装的区别在于没有TSV。因此,EMIB技术具有封装良率正常、无需额外工艺、设计简单等优点。台积电的CoWoS技术也是一种2.5D封装技术,根据中介层的不同,可分为三类:CoWoS_S(使用Si衬底作为中介层)、CoWoS_R(使用RDL作为中介层)、CoWoS_L(使用小芯片(Chiplet)和RDL作为中介层)。三星的I-Cube也是2.5D封装技术的一种解决方案34

另一方面,3D封装技术如台积电的SoIC技术,属于3D封装,是wafer-on-wafer键合技术。SoIC技术采用TSV技术,可以实现非凸点键合结构,将许多不同性质的相邻芯片集成在一起。SoIC技术将同类和异构小芯片集成到单个类似SoC的芯片中,该芯片具有更小的尺寸和更薄的外形,可以单片集成到高级WLSI(又名CoWoS和InFO)中。新集成的芯片从外观上看是一颗通用SoC芯片,但内嵌了所需的异构集成功能。

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先进封装芯片封装清洗剂选择:

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。


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