Горячая линия обслуживания
На основе расширения плоскости XY Передовые технологии упаковки
Здесь под плоскостью XY понимается кремниевая пластина или плоскость XY чипа. Отличительной особенностью этого типа корпусов является отсутствие сквозных межсоединений (TSV) через кремниевые отверстия. Технология расширения сигнала в основном реализуется через слой RDL. Подложка обычно отсутствует. Проводка RDL крепится к кремниевому корпусу чипа или к дополнительному формованному элементу. Поскольку в конечном упакованном изделии отсутствует подложка, такие корпуса относительно тонкие и в настоящее время широко используются в смартфонах.
1.FOWLP
До появления технологии WLP традиционные этапы процесса упаковки в основном выполнялись после нарезки и измельчения кристалла. Сначала пластину разрезали и измельчали, а затем упаковывали в различные формы.
Технология WLP появилась примерно в 2000 году. Существует два типа: Fan-in (входной) и Fan-out (выходной). Упаковка на уровне пластины (WLP) отличается от традиционной упаковки. В процессе упаковки большая часть работы заключается в обработке пластины, то есть на пластине выполняется полная упаковка (Packaging), а после завершения упаковки она разрезается на части. Поскольку после завершения упаковки размер упакованного чипа практически совпадает с размером неупакованного чипа, поэтому его также называют CSP (Chip Scale Package) или WLCSP (Wafer Level Chip Scale Packaging). Этот тип упаковки соответствует рыночной тенденции к созданию легких, компактных, коротких и тонких потребительских электронных устройств. Паразитные емкости и индуктивность относительно малы, а преимуществами являются низкая стоимость и хорошее рассеивание тепла.Первоначально в технологии WLP в основном использовался тип Fan-in, который можно назвать Fan-in WLP или FIWLP. Он преимущественно применялся в микросхемах с меньшей площадью и меньшим количеством выводов.
По мере совершенствования технологий интегральных схем площадь кристалла уменьшается, и на ней уже не помещается достаточное количество выводов. Поэтому была разработана форма корпуса Fan-Out WLP, также известная как FOWLP, которая в полной мере использует RDL для соединений за пределами кристалла, чтобы получить больше выводов.
В технологии FOWLP, поскольку контакты RDL и Bump должны выводиться на периферию кристалла, сначала необходимо разрезать и сегментировать пластину с кристаллом, а затем отдельные кристаллы переконфигурируются в процессе обработки пластины. На основе этого, посредством пакетной обработки и металлизированных проводниковых соединений, формируется окончательный корпус. Процесс инкапсуляции FOWLP показан на рисунке ниже.
FOWLP поддерживается многими компаниями, и разные компании используют разные методы именования. На рисунке ниже показан FOWLP, предоставляемый крупными компаниями.
Независимо от того, используется ли технология Fan-in или Fan-out, соединение между микросхемой WLP (Wafer-level packaging) и печатной платой осуществляется в форме перевернутого чипа (flip chip). Активная сторона чипа обращена вниз к печатной плате, что обеспечивает кратчайший электрический путь, а также гарантирует более высокую скорость и меньшие паразитные эффекты. С другой стороны, благодаря использованию пакетной упаковки, вся пластина может быть упакована за один раз, а снижение затрат является еще одним движущим фактором развития технологии WLP. 2. ИНФОРМАЦИЯInFO (Integrated Fan-out) — это передовая технология упаковки FOWLP, разработанная компанией TSMC в 2017 году. Она представляет собой интеграцию процесса FOWLP и может рассматриваться как интеграция нескольких процессов Fan-Out, в то время как FOWLP фокусируется на самом процессе упаковки Fan-Out. InFO обеспечивает пространство для интеграции нескольких чипов и может применяться для упаковки радиочастотных и беспроводных чипов, процессоров и чипов базовой полосы, графических процессоров и сетевых чипов. На рисунке ниже представлена сравнительная диаграмма FIWLP, FOWLP и InFO.
Процессоры для iPhone в первые годы выпускались компанией Samsung, но TSMC принимала заказы на два поколения процессоров для iPhone, начиная с Apple A11. Одним из ключевых моментов является новая технология упаковки InFO от TSMC, которая позволяет напрямую соединять чипы, уменьшая толщину и освобождая ценное пространство для батарей или других компонентов.
Компания Apple начала использовать упаковку InFO с iPhone 7 и продолжит её использовать. В будущем iPhone 8, iPhone X и другие марки мобильных телефонов также начнут применять эту технологию. Объединение Apple и TSMC изменило ситуацию с применением технологии FOWLP и позволит рынку постепенно принять и широко использовать технологию упаковки FOWLP (InFO). 3. ФОПЛПТехнология FOPLP (Fan-out Panel Level Package) основана на идеях и технологиях FOWLP, но использует панель большего размера, что позволяет массово производить упакованные изделия, в несколько раз превышающие размеры 300-мм кремниевых пластин. Технология FOPLP является расширением технологии FOWLP. Она выполняет процесс Fan-Out на более крупной квадратной подложке, поэтому и называется технологией упаковки FOPLP. В качестве подложки для панели может использоваться печатная плата или стеклянная подложка для ЖК-панелей. В настоящее время FOPLP использует печатную плату размером 24-18 дюймов (610-457 мм), площадь которой примерно в 4 раза больше площади 300-мм кремниевой пластины. Таким образом, её можно рассматривать как единый процесс, позволяющий массово производить передовые упаковочные изделия, размеры которых в 4 раза превышают размеры 300-мм кремниевой пластины. Как и процесс FOWLP, технология FOPLP позволяет интегрировать процессы упаковки на начальном и конечном этапах. Этот процесс упаковки можно рассматривать как одноразовый, что позволяет значительно снизить производственные и материальные затраты. На рисунке ниже показано сравнение FOWLP и FOPLP.
По сравнению с кремниевыми интерпозерами, кремниевые пластины EMIB меньше по размеру, более гибкие и экономичные. Технология упаковки EMIB позволяет объединять процессоры, устройства ввода-вывода, графические процессоры и даже FPGA, микросхемы искусственного интеллекта и другие чипы по мере необходимости. Она позволяет объединять чипы, изготовленные по 10-нм, 14-нм, 22-нм и другим технологическим процессам, в один чип, удовлетворяя потребности гибкого бизнеса.
Благодаря интерфейсу EMIB платформа KBL-G объединяет процессоры Intel Core и графические процессоры AMD Radeon RX Vega M. Она сочетает в себе мощные вычислительные возможности процессоров Intel с превосходными графическими возможностями графических процессоров AMD и обеспечивает отличное охлаждение. Этот чип вошел в историю и вывел пользовательский опыт на новый уровень.
На основе расширения по оси Z Передовые технологии упаковки
Передовая технология упаковки, основанная на расширении по оси Z, в основном использует сквозные межсоединения (TSV) для расширения сигнала и межсоединений. TSV можно разделить на 2.5D TSV и 3D TSV. Благодаря технологии TSV можно вертикально размещать и соединять несколько микросхем.
В технологии 3D TSV микросхемы расположены очень близко друг к другу, поэтому задержка будет меньше. Кроме того, укороченная длина межсоединений может уменьшить связанные с этим паразитные эффекты, позволяя устройству работать на более высоких частотах, что приводит к повышению производительности и значительному снижению затрат. Технология TSV является ключевой технологией для трехмерной упаковки. Научно-исследовательские учреждения, включая производителей полупроводниковых интегральных схем, заводы по производству интегральных схем, предприятия по упаковке, разработчиков новых технологий, университеты и научно-исследовательские институты, а также технологические альянсы, провели различные исследования и разработки в области процессов TSV. Кроме того, читателям следует отметить, что, хотя передовая технология упаковки, основанная на расширении по оси Z, в основном обеспечивает расширение сигнала и межсоединения через TSV, RDL также незаменима. Например, если TSV верхнего и нижнего чипов не могут быть выровнены, требуется локальное межсоединение через RDL. 5. CoWoSCoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) — это технология 2.5D-упаковки, разработанная компанией TSMC. В рамках CoWoS чип упаковывается на кремниевую адаптерную плату (интерпозер), для межсоединений используется высокоплотная проводка на этой плате, а затем чип устанавливается на упаковочную подложку, как показано на рисунке ниже.
Компания TSMC начала серийное производство CoWoS в 2012 году. Благодаря этой технологии несколько микросхем упаковываются вместе и соединяются между собой с помощью высокоплотных кремниевых межсоединителей, что позволяет добиться компактных размеров корпуса, высокой производительности, низкого энергопотребления и меньшего количества выводов.
Технология CoWoS широко используется. Nvidia GP100 и чип Google TPU2.0, на котором AlphaGo победила Ke Jie, — все они используют технологию CoWoS. Искусственный интеллект (ИИ) также вносит свой вклад в развитие CoWoS. В настоящее время CoWoS поддерживается ведущими производителями чипов, такими как NVIDIA, AMD, Google, XilinX и Huawei HiSilicon.
6.ХБМHBM (High-Bandwidth Memory) — это высокоскоростная память, в основном предназначенная для рынка высокопроизводительных видеокарт. В HBM используются технологии 3D TSV и 2.5D TSV для соединения нескольких микросхем памяти друг с другом посредством 3D TSV, а также технология 2.5D TSV для соединения соединенных микросхем памяти и графических процессоров на несущей плате. На рисунке ниже показана принципиальная схема технологии HBM.
Технология Co-EMIB позволяет достичь производительности, сравнимой с производительностью одного чипа. Ключом к этой технологии является технология всенаправленных межсоединений ODI (Omni-Directional Interconnect). ODI имеет два типа. Помимо соединений лифтового типа, соединяющих разные слои, существуют также переходы, соединяющие различные трехмерные структуры, а также мезонины между слоями, что обеспечивает чрезвычайно высокую гибкость при создании различных комбинаций чипов. Технология ODI позволяет чипам достигать как горизонтальных, так и вертикальных межсоединений.
В рамках концепции Co-EMIB используется новый метод 3D + 2D упаковки, который меняет подход к проектированию микросхем, переходя от прежних плоских конструкций к многослойной компоновке. Таким образом, помимо революционных новых вычислительных архитектур, таких как квантовые вычисления, CO-EMIB можно считать лучшей практикой в поддержании и развитии существующей вычислительной архитектуры и экосистемы.11.SoIC
SoIC, также известный как TSMC-SoIC, — это новая технология, предложенная компанией TSMC (System-on-Integrated-Chips). Ожидается, что серийное производство технологии SoIC от TSMC начнётся в 2021 году. Что же такое SoIC? Так называемый SoIC — это инновационная технология многокристальной компоновки, позволяющая интегрировать процессы на уровне пластины с размером элементов менее 10 нанометров. Наиболее отличительной особенностью этой технологии является структура соединения без контактных площадок, что приводит к более высокой плотности интеграции и лучшим эксплуатационным характеристикам. SoIC включает две технические формы: CoW (Chip-on-wafer) и WoW (Wafer-on-wafer). Согласно описанию TSMC, SoIC — это технология прямого соединения пластин WoW и CoW, относящаяся к технологии Front-End 3D (FE 3D), в то время как упомянутые выше InFO и CoWoS относятся к технологии Back-End 3D (BE 3D). TSMC и Siemens EDA (Mentor) сотрудничают в области технологии SoIC и выпускают соответствующие инструменты проектирования и верификации. На рисунке ниже представлено сравнение интеграции 3D-интегральных схем и SoIC.
Суммировать Передовые технологии упаковкиВ этой статье мы описываем 12 наиболее распространенных на сегодняшний день передовых технологий упаковки. В следующей таблице представлено сравнительное описание этих распространенных передовых технологий упаковки.
Из сравнения видно, что появление и стремительное развитие передовых технологий упаковки в основном произошло за последние 10 лет. Технология интеграции включает в себя 2D, 2.5D, 3D, 3D+2D, 3D+2.5D. Функциональная плотность также включает низкую, среднюю, высокую и сверхвысокую. Области применения охватывают 5G, искусственный интеллект, носимые устройства, мобильные устройства, высокопроизводительные серверы, высокопроизводительные вычисления, высокопроизводительные графические карты и другие области. К основным производителям относятся известные производители микросхем, такие как TSMC, Intel и SAMSUNG, что также отражает тенденцию интеграции передовых технологий упаковки и производства микросхем.
В заключение подведем итог: цель передовой упаковки заключается в следующем:
Повышение функциональной плотности, сокращение длины межсоединений, улучшение производительности системы и снижение общего энергопотребления.
Передовые технологии упаковки также предъявляют новые требования к инструментам EDA. Инструменты EDA должны поддерживать проектирование FIWLP, FOWLP, 2.5DTSV и 3D TSV, а также проектирование на нескольких подложках. Поскольку кремниевый интерпозер и упаковочная подложка (Substrate) часто интегрированы в одном изделии, крупные компании, занимающиеся разработкой EDA, выпустили новые инструменты для поддержки проектирования и верификации передовых технологий упаковки, в том числе Synopsys, Cadence, Siemens EDA (Mentor).
На рисунке ниже представлен скриншот расширенного дизайна корпусов, созданного с помощью инструмента Siemens EDA XPD. Дизайн включает в себя 3D-сквозные межсоединения (TSV) и 2.5D-сквозные межсоединения (TSV), межсоединительные элементы, подложки, FlipChip, микроконтакты, BGA и другие элементы, которые детально и точно отражены в инструменте EDA. Подробные методы проектирования расширенных корпусов описаны в новой книге «Микросистемы на основе SiP-технологии», которая будет опубликована в ближайшее время.
Типичный пример передового дизайна упаковки (скриншот дизайна Siemens EDA XPD)
Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из издания "SiP and Advanced Packaging Technology", которое поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, укажите первоисточник и автора перепечатки. В случае обнаружения каких-либо нарушений, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.
Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли
QQ: 332496225 Менеджер Цю
Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.




粤公网安备44030002007346号