现代半导体先进封装技术

逍遥设计自动化

先进封装简介
先进封装技术已成为半导体行业创新发展的主要推动力之一，为突破传统摩尔定律限制提供了新的技术手段。本文探讨先进封装的核心概念、技术和发展趋势[1]。

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* L# f* C5 ^8 v2 F$ R$ \8 F图1展示了硅通孔(TSV)技术的示意图和实物照片，显示了垂直互联结构。

XY平面和Z轴延伸的关键技术
现代先进封装可分为两种主要方式：XY平面延伸和Z轴延伸。XY平面延伸主要利用重布线层(RDL)技术进行信号布线，而Z轴延伸则采用硅通孔(TSV)技术实现垂直连接。

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图2展示了扇入和扇出重布线的示意图，说明了重新分布芯片连接的不同方法。
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扇出技术及演进
. ^( e2 ]  [% l' z1 ^扇出晶圆级封装(FOWLP)是先进封装的重要发展之一。该技术将重布线层扩展到芯片区域之外，在保持紧凑外形的同时增加输入/输出连接数量。该技术已发展出集成扇出(InFO)和面板级扇出封装(FOPLP)等变体。
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图3对比了FIWLP、FOWLP和InFO技术，展示其结构差异和演进过程。
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( {, Z4 D  s6 `) M4 H# D6 wTSV集成与实现
+ q) R; y$ F, q' xTSV技术实现了先进封装中的真正3D集成。TSV可以采用3D或2.5D配置实现，每种方法都具有不同应用场景的优势。
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- W* s; g% D7 U% `$ s8 V图4展示了3D TSV和2.5D TSV的示意图，说明这两种方法的根本区别。

行业领导者及解决方案
主要半导体公司都开发了自己的先进封装技术。台积电的晶圆级芯片堆叠(CoWoS)技术在高性能计算应用中得到广泛应用。
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图5显示了CoWoS结构示意图，展示了芯片在硅中介层和基板上的集成方式。
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先进内存集成
6 w2 X. A1 D5 [2 }高带宽内存(HBM)是先进封装领域的重要突破，特别适用于图形处理和高性能计算应用。HBM将3D堆叠与高速接口相结合，实现了极高的内存带宽。
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图6展示了HBM技术示意图和实物剖面，显示了堆叠内存结构和互连方式。

9 ]/ t  C% l1 h英特尔的先进封装方案
& i5 c5 U8 h: v8 p英特尔推出了嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)和Foveros等创新技术。这些方法提供了实现高密度集成的不同途径。
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% c1 Q5 Q8 Y6 k, Q- e- [. Q图7对比了EMIB、Foveros和CO-EMIB的技术示意图和产品剖面，展示了英特尔各种先进封装解决方案。

- Q& H0 e0 d& S0 j: F/ c- q先进封装的基本要素
先进封装的基础建立在四个关键要素之上：RDL、TSV、凸点和晶圆。这些要素共同支持各种集成方法和技术。
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- Z: E7 C6 p) B! w# u图8展示了先进封装的四个要素：RDL、TSV、凸点和晶圆，说明各要素间的相互关系。

技术趋势与演进
随着技术进步，这些要素出现了新的发展趋势，特别是凸点技术逐渐向更细间距发展，在硅对硅接口中可能最终被淘汰。
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2 m* g/ t+ m0 x. i图9显示了凸点技术的发展趋势，描述了向更细间距演进并最终在硅接口中消失的过程。
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  I8 n1 y3 }) j先进封装与SiP的关系
先进封装与系统级封装(SiP)的关系复杂，既有重叠又有区别。虽然所有先进封装解决方案都旨在提高系统密度和性能，但采用的方法和技术可能不同。

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图10描述了HDAP和SiP的关系，展示重叠区域和独特特征。
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未来展望与行业影响
( H0 V$ z6 i; K先进封装技术持续发展，新技术不断涌现，以满足现代电子产品日益增长的需求。从移动设备到高性能计算，先进封装在推动下一代电子系统发展中发挥重要作用。
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# y% T5 n* D7 _% D5 R$ o6 [  n2 T近年来，行业出现了许多重要创新，如台积电的SoIC和三星的X-Cube等技术，推动了先进封装技术的发展。这些进展表明，先进封装将继续推动半导体创新，提供提升系统性能、降低功耗的新方法。

先进封装代表了半导体技术从传统的"重外部"封装转向"重内部"集成。转变促进了芯片设计团队和封装团队的紧密合作，为现代电子系统提供了更优化、更高效的解决方案。
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; T5 E. N2 i, ]* l/ D7 i参考文献
4 B6 P& o/ @( f7 k[1] S. Li, "SiP and Advanced Packaging Technology," in MicroSystem Based on SiP Technology. Beijing, China: Publishing House of Electronics Industry, 2022, ch. 5, pp. 117-154.
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' h# Q3 b) n: {9 X! c1 {关于我们：
' h3 w2 q: D6 R深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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