根据研究机构的调研,到2028年,2.5D及3D封装将成为仅次于晶圆级封装的第二大前辈封装形式。这一技能不仅能够提高芯片的性能和集成度,还能有效降落功耗,为AI和高性能打算等领域供应强有力的支持。
2.5D/3D封装的技能上风什么是2.5D和3D封装?2.5D封装是一种前辈的异构芯片封装技能,它结合了2D(平面)和3D(立体)封装的特点,实现了多个芯片的高密度线路连接并集成为一个封装。
2.5D封装技能的关键在于中介层,它充当了多个芯片之间的桥梁,供应了高速通信接口。中介层可以是硅转接板(Si Interposer)、玻璃转接板或其他类型的材质。在硅转接板上,穿越中介层的过孔被称为TSV(Through Silicon Via,硅通孔),而在玻璃转接板上则称为TGV。

芯片不是直接安装在电路板上,而是先安装在中介层上。这些芯片常日利用MicroBump技能或其他前辈的连接技能连接到中介层。中介层的表面利用重新分布层(RDL)进行布线互连,以实现芯片之间的电气连接。
上风方面,2.5D封装许可在有限的空间内集成更多的引脚,提高了芯片的集成度和性能;芯片之间的直接连接减少了旗子暗记传输的路径长度,降落了旗子暗记延迟和功耗;由于芯片之间的紧密连接和中介层的优化设计,2.5D封装常日具有更好的散热性能;2.5D封装支持高速数据传输,知足对高性能打算和网络设备的需求。
英特尔的EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)便是一种2.5D前辈封装技能,它许可将多个芯片(或称为“芯粒”)通过中介层(Interposer)实现高密度线路连接,并集成为一个封装。这种技能特殊适用于异构芯片集成,即将不同制程、不同功能、来自不同厂商的芯片集成在一起,形成一个功能强大的系统级芯片(SoC)。
台积电的CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)也是一种范例的2.5D封装技能,它结合了芯片堆叠(CoW, Chip on Wafer)和晶圆级封装(WoS, Wafer on Substrate)的特点,实现了多个不同功能芯片的高密度集成。
CoWoS技能通过将多个有源硅芯片(如逻辑芯片和HBM堆栈)集成在无源硅中介层上,并利用中介层上的高密度布线实现芯片间的互连。这种技能能够将CPU、GPU、DRAM等各式芯片以并排办法堆叠,并通过硅通孔(TSV, Through Silicon Via)技能实现垂直电气连接。终极,全体构造再被安装到一个更大的封装基板上,形成一个完全的封装体。
根据中介层的不同CoWoS技能可以分为CoWoS_S(利用Si衬底作为中介层)、CoWoS_R(利用RDL作为中介层)和CoWoS_L(利用小芯片和RDL作为中介层)三种类型。
三星发布的I-Cube系列技能也是2.5D封装的主要代表。I-Cube通过并行水平芯片放置的办法,将多个芯片(包括逻辑芯片和存储器芯片)集成在一个硅中介层上,并通过硅通孔(TSV)和后道工序(BEOL)技能实现芯片间的电气连接,这种技能不仅提高了芯片密度,还显著增强了系统的整体性能。
例如,三星I-Cube2可以集成一个逻辑裸片和两个HBM裸片,而最新的I-Cube4则包含四个HBM和一个逻辑芯片。这种技能不仅提高了芯片密度,还显著增强了系统的整体性能。
3D封装技能又称为三维集成电路封装技能,是一种前辈的半导体封装方法,它许可多个芯片在垂直方向上堆叠在一起,以供应更高的性能、更小的封装尺寸和更低的能耗。
3D封装技能的核心在于将多个芯片在垂直方向上堆叠,而不是传统的2D封装中芯片平面排列的办法。这种堆叠办法有助于减小封装面积,提高电子元件之间的连接性能,并缩短旗子暗记传输间隔。
由于芯片之间的垂直堆叠,3D封装技能能够减少旗子暗记传输的延迟,提高数据传输的带宽,从而显著提升系统的整体性能。
在单位体积内,3D封装可以集成更多的芯片和功能,实现大容量和高密度的封装。较短的旗子暗记传输间隔和优化的供电及散热设计使得3D封装技能能够降落系统的功耗。3D封装技能可以集身分歧工艺、不同功能的芯片,实现多功能、高效能的封装。
台积电的SoIC(System on Integrated Chips)便是一种创新的3D封装办理方案,通过芯片堆叠技能提升系统的集成度、性能和功耗效率。台积电自2022年开始小规模量产SoIC封装。
什么AI芯片采取了前辈封装技能AI及高性能运算芯片厂商目前紧张采取的封装形式之一是台积电CoWos。台积电估量,AI加速发展带动前辈封装CoWos需求快速增长。据称,英伟达、AMD两家公司包下了台积电今明两年CoWoS与SoIC 前辈封装产能。
英伟达的多款GPU产品采取了台积电CoWoS封装技能,如H100和A100等AI芯片。这些芯片通过CoWoS封装实现了高性能和高带宽,知足了繁芜打算任务的需求。详细来看,英伟达主力产品H100紧张采取台积电4nm制程,并采取CoWoS前辈封装,与SK海力士的高带宽内存(HBM)以2.5D封装形式供应给客户。
AMD的MI300系列GPU采取了CoWoS封装技能,MI300芯片结合了SoIC及CoWoS等两种前辈封装构造,以支持其高性能打算和AI运用。详细来看,MI300系列采取台积电5nm和6nm制程生产,同时先采取台积电的SoIC将CPU、GPU芯片做垂直堆叠整合,再与HBM做CoWoS前辈封装。
英特尔EMIB 2.5D前辈封装技能也已经运用于其多款产品中,包括第四代英特尔®至强®处理器、至强6处理器以及英特尔Stratix®10 FPGA等。这些产品通过EMIB技能实现了高性能、低功耗和高度集成的特性,在数据中央、云打算、人工智能等领域得到了广泛运用。
此外,不久前,多家EDA与IP领域的英特尔代工生态系统互助伙伴宣告为英特尔EMIB技能推出参考流程,简化设计客户利用EMIB 2.5D前辈封装的过程,包括Cadence楷登电子、西门子和Synopsys新思科技。
除了台积电、英特尔、三星等厂商之外,中国大陆封测企业也在高性能前辈封装领域积极布局。长电科技此前表示,其推出的XDFOI Chiplet 高密度多维异构集成系列工艺已按操持进入稳定量产阶段。该技能是一种面向Chiplet的极高密度、多扇出型封装高密度异构集成办理方案,利用协同设计理念实现芯片成品集成与测试一体化,涵盖2D、2.5D、3D集成技能。
该公司此前先容,Chiplet封装将会是前辈封装技能的主要发展方向,可以把不同类型的芯片和器件集成在一起,以实现更高性能、更低功耗和更好的可靠性。在Chiplet根本上,长电科技推出的XDFOI封装方案,已在高性能打算、人工智能、5G、汽车电子等领域运用。
写在末了近年来,随着AI技能的快速发展和运用需求的不断增加,AI芯片前辈封装技能取得了显著进展。国内外厂商纷纭加大研发投入,推出了一系列具有创新性的封装办理方案。如,台积电的CoWoS与SoIC 技能,英特尔的EMIB技能,长电科技的XDFOI封装技能等。
随着AI技能的不断发展和运用需求的持续增长,AI芯片前辈封装技能将面临广阔的市场前景。可以预见,未来AI芯片前辈封装技能将会连续向更高集成度、更低功耗和更低本钱的方向发展。同时,随着新技能的不断呈现,该技能也将会不断有新的打破和创新。