文章來(lái)源：Tom聊芯片智造

原文作者：芯片智造

本文介紹了3D封裝架構(gòu)的分類、定義、實(shí)現(xiàn)和挑戰(zhàn)。

3D封裝架構(gòu)主要分為芯片對(duì)芯片集成、封裝對(duì)封裝集成和異構(gòu)集成三大類，分別采用TSV、TCB和混合鍵合等先進(jìn)工藝實(shí)現(xiàn)高密度互連。

3D封裝架構(gòu)分類

3D封裝架構(gòu)主要分三大類：芯片對(duì)芯片的3D集成、封裝對(duì)封裝的3D集成，還有把封裝和芯片堆疊混在一起用的3D異構(gòu)集成。

芯片對(duì)芯片的3D集成

1. 基本概念

芯片對(duì)芯片的3D集成，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把幾顆芯片"堆疊"在一起，并用硅通孔（TSV）和微凸點(diǎn)把它們牢牢連起來(lái)。

2. 具體實(shí)現(xiàn)

比如：兩顆存儲(chǔ)芯片先通過(guò)TSV和微凸點(diǎn)堆疊在一顆邏輯芯片上；邏輯芯片再通過(guò)一級(jí)焊點(diǎn)連到基板上；最后用二級(jí)焊點(diǎn)把整個(gè)3D封裝連到印刷電路板（PCB）上。

3. 工藝挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的2D封裝里，用的是"焊料回流"——先涂助焊劑，再貼芯片，然后放到爐子里回流焊接。但到了3D封裝時(shí)代，這種方法就不太好使了：

3D封裝里的芯片和基板都更薄

互連更小更密

一加熱就容易翹曲、錯(cuò)位、傾斜、焊接不良、焊料橋連

所以，3D封裝需要更先進(jìn)的工藝來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)回流焊。

4. 先進(jìn)工藝方案

TCB（熱壓鍵合）就是最常用的替代方案，它專門(mén)用來(lái)把3D封裝里的微凸點(diǎn)精確焊接到位，避免翹曲和焊接不良。

再往前一步，混合鍵合（Hybrid Bonding）等新工藝，甚至可以處理小于5微米間距的超密互連，組裝溫度還低，更適合下一代3D封裝的發(fā)展。

封裝對(duì)封裝的3D集成

1. 典型配置

系統(tǒng)級(jí)封裝（SIP）和封裝堆疊封裝（POP）是封裝對(duì)封裝3D集成的典型配置，通過(guò)引線鍵合或倒裝鍵合把封裝堆疊起來(lái)。

2. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

跟芯片堆疊比，封裝堆疊技術(shù)開(kāi)發(fā)周期短，能更快地把產(chǎn)品推向市場(chǎng)，價(jià)格也便宜。

3. 結(jié)構(gòu)描述

如圖所示，一個(gè)引線鍵合封裝通過(guò)倒裝鍵合堆疊在另一個(gè)引線鍵合封裝上面，然后這兩個(gè)封裝再堆到一個(gè)倒裝封裝上，形成POP。

異構(gòu)3D集成

1. 定義與特點(diǎn)

異構(gòu)3D集成，是指將不同功能、不同工藝節(jié)點(diǎn)的芯片堆疊整合在同一個(gè)緊湊封裝中的封裝方式。

2. 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的單片芯片（所有功能做在一個(gè)Die上），異構(gòu)3D封裝的優(yōu)勢(shì)非常明顯：

可以讓每個(gè)小芯片用最合適的制程工藝（比如CPU用先進(jìn)工藝，模擬部分用成熟工藝）

小芯片面積小，良率更高、成本更低

可以用現(xiàn)成的芯片快速組合出新產(chǎn)品，大大縮短開(kāi)發(fā)周期

整體封裝更緊湊，系統(tǒng)級(jí)性能更強(qiáng)

3. 實(shí)現(xiàn)案例

比如，下面這種異構(gòu)3D結(jié)構(gòu)

一顆DRAM封裝（里面是4顆通過(guò)TSV+微凸點(diǎn)堆疊的存儲(chǔ)芯片） 再跟一顆倒裝的CPU芯片并排組合在一個(gè)封裝中 封裝與封裝之間通過(guò)多級(jí)互連，再通過(guò)封裝內(nèi)的一級(jí)互連、基板連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)級(jí)的高速通信

這樣的"芯片堆+封裝堆"組合，既高效又靈活。