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

合明科技 ?? 7675 Tags:2.5D封裝3D封裝Chiplet
先進(jìn)封裝是“超越摩爾”(More than Moore)時(shí)代的一大技術(shù)亮點(diǎn)。當(dāng)芯片在每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上的微縮越來越困難、也越來越昂貴之際,工程師們將多個(gè)芯片放入先進(jìn)的封裝中,就不必再費(fèi)力縮小芯片了。本文將對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)中最常見的10個(gè)術(shù)語進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.5D封裝

先進(jìn)封裝是“超越摩爾”(More than Moore)時(shí)代的一大技術(shù)亮點(diǎn)。當(dāng)芯片在每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上的微縮越來越困難、也越來越昂貴之際,工程師們將多個(gè)芯片放入先進(jìn)的封裝中,就不必再費(fèi)力縮小芯片了。本文將對(duì)先進(jìn)封裝技術(shù)中最常見的10個(gè)術(shù)語進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.5D封裝

2.5D封裝是傳統(tǒng)2D IC封裝技術(shù)的進(jìn)展,可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路與空間利用。在2.5D封裝中,裸晶堆?;虿⑴欧胖迷诰哂泄柰?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(nèi)存立方體。將其大型FPGA劃分為四個(gè)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(nèi)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(chǔ)存裸晶堆棧在一起,無需建構(gòu)大型的系統(tǒng)單芯片(SoC)。裸晶之間透過主動(dòng)中介層連接,2.5D IC封裝是利用導(dǎo)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(shù)是2.5D和3D IC封裝中的關(guān)鍵使能技術(shù),半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直使用HBM技術(shù)生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)了硅芯片之間的垂直互連


Chiplet

芯片庫(kù)中有一系列模塊化芯片可以采用裸晶到裸晶互連技術(shù)整合到封裝中。Chiplet是3D IC封裝的另一種形式,可以實(shí)現(xiàn)CMOS組件與非CMOS組件的異質(zhì)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(shè)計(jì)人員可以充分利用各種IP,而不用考慮采用何種工藝節(jié)點(diǎn),以及采用何種技術(shù)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(tǒng)是由中介層上的多個(gè)Chiplet組成


扇出(Fan Out)封裝

在扇出封裝中,“連結(jié)”(connection)被扇出芯片表面,從而提供更多的外部I/O。它使用環(huán)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(zhì)整合變得更加簡(jiǎn)單。

與其他封裝類型相比,扇出技術(shù)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(jí)封裝(FOWLP)

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

它通常先將經(jīng)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(jié)構(gòu)(carrier structure)上,并填充間隙以形成重構(gòu)晶圓。FOWLP在封裝和應(yīng)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(shí)際上更寬松。

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▲FOWLP封裝示例

先進(jìn)芯片封裝清洗:

合明科技研發(fā)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(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)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(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹枝狀結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等,這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤(rùn)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(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效,因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。

 


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