异构 IC 封装:优化性能和成本

2022 年 9 月 22 日的半导体故事,作者:Mike Kelly
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领先的集成电路 (IC) 代工厂已经在出货 7 纳米和 5 纳米晶圆,并且正在进行 3 纳米产品认证。晶圆成本持续飙升,因为高密度晶体管需要更昂贵的工艺来制造。即使缺陷密度可以随着新节点的出现而保持相对平稳,单位面积硅的成本也会非线性增加。这些经济效益使一种新包装技术进入了未来产品结构的讨论。

新的硅节点提供惊人的晶体管密度和时钟速度,人们正在考虑将其用于性能至关重要的功能应用。但是,对于不需要安装在最新硅节点上以提高性能的典型高性能晶片的所有其他领域呢?

异构包装一直是业界追寻的答案,长期以来就犹如圣杯般的存在,但直到最近才作为 设计 方法用于实际生产。原本是单晶片的片上系统 (SoC) 的一部分从同质设计中分离出来,并在更小的独立硅晶片中创建。第一个趋势是删除与存储器和长距离串行/解串器 (SerDes) 类型通信的输入/输出 I/O 块。

这就形成了电气、功能、物理构件格局,使 IC 功能块可以反复认证和重复使用。就在几年前,以这种方式将原始投资分散到大量终端设备上是几乎想都不敢想的事情。

这一最新行业发展始于 2.5D 硅通孔 (TSV) 产品,该产品允许在同一个 IC 封装的应用程序特定 IC (ASIC) 中实现非常高密度的 DRAM 存储器或高带宽存储器 (HBM)。作为功能块,这些电路项目目前正在从 SoC 中移除。仅举几例,示例包括作为独立硅小芯片的中央处理单元 (CPU),以及 GPU、通用计算和高速 IO 块。

为了推出这些产品,已经开发了几项关键技术,用于将几个或较多晶片集成到高性能离散晶片集合中,无论是逻辑晶片还是 内存晶片 ,或者其他晶片。这些发展包括利用传统封装印刷电路板的高密度多晶片产品、所谓的多芯片模块 (MCM) 倒装芯片球栅阵列 (FCBGA),以及非常精细的线路结构,例如 2.5D TSV 和 HDFO 产品。使用印刷电路板 SWIFT  (S-SWIFT) 技术的新小芯片集成现已获得认证。S-SWIFT HDFO 解决方案允许微线布线低至 2-µm 线和 2-µm 空间和 6 层结构。该模块制造技术已在过去 3 年中开发并升级,以实际允许小芯片和 HBM 存储器的集成。S-Connect 是一种结合了 HDFO 和桥接的产品,处于内部认证阶段。

使用小芯片实现异构结构的  IC 封装 技术的选择很大程度上受小芯片之间通信接口的影响,参见图 1。对于许多应用来说,晶片之间具有 100 或 1000 IO 的高速并行接口是首选,而这需要高密度互连,例如使用硅介质层或 HDFO S-SWIFT 或桥接技术 (S-Connect) 的 2.5D TSV。

晶片间接口封装差异化

图 1:晶片间接口选择

S-SWIFT 利用铜微线光刻和有机介电质来实现高水平的信号路由密度,在现场制造。S-Connect 更谨慎地使用相同的高密度 RDL 技术,但增加了高密度桥以帮助小芯片之间的极高密度布线。未来还使用铜混合键合提供的超密集垂直晶片间互连的 3D 晶片堆叠补充 2D 集成。

这些包装技术的未来是光明的。仅在去年,用于小芯片 2D 集成的新产品设计增加了 4 倍。随着 Amkor 持续在异构 IC 封装路线中取得进展,提高硅架构灵活性、小芯片重用、缩短上市时间和降低总体成本持续推动封装行业做出这种创新。

先进的封装解决方案 - Amkor

 

关于作者

Mike Kelly 是 Amkor Technology 的高级封装和技术集成副总裁。Kelly 于 2005 年加入 Amkor,领导了 EMI 屏蔽、热增强型封装、传感器和高密度 MCM 封装(包括 2.5D TSV 封装和 HDFO)的封装开发。他从事电子与 IC 封装设计和制造 25 年,管理的项目包括聚酯柔性电路、共晶倒装芯片、IC 封装设计和信号完整性等。Kelly 在该领域拥有 40 多项专利,并拥有机械和化学工程的硕士学位。