半导体封装是指点哪些?PBGA,FBGA,POPPIP是指什么?

半导体封装是指点哪些?PBGA,FBGA,POPPIP是指什么?,第1张

半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为:来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片(Die),然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板(引线框架)架的小岛上,再利用超细的金属(金锡铜铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路;然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护,塑封之后还要进行一系列 *** 作,封装完成后进行成品测试,通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序,最后入库出货。

PBGA为塑料焊球阵列

主流的,有成本竞争优势的BGA封装方案

FBGA是 FBGA封装

Fine-Pitch Ball Grid Array(意译为“细间距球栅阵列”)的缩写。

PIP封装技术是Kingmax融合了TinyBGA内存封装技术而研发出的小型存储卡的一体化封装技术

长电 科技 是全球领先的集成电路制造和技术服务提供商,提供全方位的芯片成品制造一站式服务,包括集成电路的系统集成、设计仿真、技术开发、产品认证、晶圆中测、晶圆级中道封装测试、系统级封装测试、芯片成品测试并可向世界各地的半导体客户提供直运服务。

通过高集成度的晶圆级(WLP)、2.5D/3D、系统级(SiP)封装技术和高性能的倒装芯片和引线互联封装技术,长电 科技 的产品、服务和技术涵盖了主流集成电路系统应用,包括网络通讯、移动终端、高性能计算、车载电子、大数据存储、人工智能与物联网、工业智造等领域。长电 科技 在全球拥有23000多名员工,在中国、韩国和新加坡设有六大生产基地和两大研发中心,在逾22个国家和地区设有业务机构,可与全球客户进行紧密的技术合作并提供高效的产业链支持。

随着市场对便携式移动数据访问设备的需求快速增长,市场对功能融合和封装复杂性的要求也在提升。同时对更高集成度,更好电气性能、更低时延,以及更短垂直互连的要求,正在迫使封装技术从 2D 封装向更先进的 2.5D 和 3D 封装设计转变。为了满足这些需求,各种类型的堆叠集成技术被用于将多个具有不同功能的芯片集中到越来越小的尺寸中。

长电 科技 积极推动传统封装技术的突破,率先在晶圆级封装、倒装芯片互连、硅通孔(TSV)等领域中采用多种创新集成技术,以开发差异化的解决方案,帮助客户在其服务的市场中取得成功。

3D 集成技术正在三个领域向前推进:封装级集成、晶圆级集成和硅级集成。

• 封装级集成

利用常规的焊线或倒装芯片工艺进行堆叠和互连,以构建传统的堆叠芯片和堆叠封装结构,包括:

堆叠芯片 (SD) 封装 ,通常在一个标准封装中使用焊线和倒装芯片连接,对裸片进行堆叠和互连。配置包括 FBGA-SD、FLGA-SD、PBGA-SD、QFP-SD 和 TSOP-SD。

层叠封装(PoP) ,通常对经过全面测试的存储器和逻辑封装进行堆叠,消除已知合格芯片 (KGD) 问题,并提供了组合 IC 技术方面的灵活度。倒装芯片 PoP 选项包括裸片 PoP、模塑激光 PoP 和裸片模塑激光 PoP 配置 (PoP-MLP-ED)。

封装内封装 (PiP) ,封装内封装 (PiP) 通常将已封装芯片和裸片堆叠到一个 JEDEC 标准 FBGA 中。经过预先测试的内部堆叠模块 (ISM) 接点栅格阵列 (LGA) 和 BGA 或已知/已探测合格芯片 (KGD),通过线焊进行堆叠和互连,然后模塑形成一个与常规FBGA封装相似的 CSP。

3D 晶圆级集成 (WLP) 使用再分布层和凸块工艺来形成互连。晶圆级集成技术涵盖创新的扇入(FIWLP) 和扇出 (FOWLP) 选项,包括:

嵌入式晶圆级 BGA(eWLB) - 作为一种多功能的扇出型嵌入式晶圆级 BGA 平台,eWLB 灵活的重建制造工艺可以降低基板的复杂性和成本,同时在一系列可靠、低损耗的 2D、2.5D 和 3D 解决方案中实现高性能、小尺寸和非常密集的互连。长电 科技 的 3D eWLB-SiP 和 eWLB-PoP 解决方案包括多个嵌入式无源和有源元器件,提供面对背、面对面选项,以及单面、1.5 面、双面超薄 PoP 配置。对于需要全 3D 集成的应用,长电 科技 的面对面 eWLB PoP 配置通过 eWLB 模塑层,在应用处理器和存储器芯片之间提供直接的垂直互连,以实现高带宽、极细间距的结构,其性能不逊色于 TSV 技术。

包封 WLCSP (eWLCSP ) - 一种创新的 FIWLP 封装,采用扇出型工艺,也称为 FlexLine 方法,来构建这种创新、可靠的包封 WLCSP 封装。

WLCSP - 标准晶圆级 CSP 封装。随着各种工艺技术的发展,例如低固化温度聚合物、将铜材料用于凸块下金属化 (UBM) 和 RDL,我们可以实现更高的密度,提高 WLCSP 封装的可靠性。

在真正的 3D IC 设计中,目标是将一个芯片贴合在另一个芯片上,两者之间没有任何间隔(无中介层或基材)。目前,“接近 3D”的集成通常也称为 2.5D 集成,其实现方法是使用薄的无源中介层中的硅通孔 (TSV),在封装内部连接芯片。芯片之间的通信通过中介层上的电路进行。FOWLP 工艺还可以产生一种被称为2.5D eWLB的创新过渡技术,在这种技术中,使用薄膜扇出型结构来实现高密度互连。长电 科技 的硅级集成产品组合包括:

2.5D / 扩展 eWLB - 长电 科技 基于 eWLB 的中介层可在成熟的低损耗封装结构中实现高密度互连,提供更高效的散热和更快的处理速度。3D eWLB 互连(包括硅分割)是通过独特的面对面键合方式实现,无需成本更高的 TSV 互连,同时还能实现高带宽的 3D 集成。基于 eWLB 的中介层简化了材料供应链,降低了整体成本,为客户提供了一个强大的技术平台和路径,帮助客户将器件过渡到更先进的 2.5D 和 3D 封装。

MEOL集成的2.5D封装 - 作为首批在2.5D 封装领域拥有成熟 MEOL TSV 集成经验的 OSAT 之一,长电 科技 在这个新兴互连技术领域扮演着重要角色,专注于开发经济高效的高产量制造能力,让 TSV 成为具有商业可行性的解决方案。长电 科技 还与众多的客户、研究机构和领先代工厂开展协作,为集成式 3D 封装解决方案开发有效的商业模式。

2.5/3D集成技术圆片级与扇出封装技术系统级封装技术倒装封装技术焊线封装技术MEMS与传感器

长电 科技 为以下封装选项提供晶圆级技术:

• eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)

• eWLCSP(包封晶圆级芯片尺寸封装)

• WLCSP(晶圆级芯片尺寸封装)

• IPD(集成无源器件)

• ECP(包封芯片封装)

• RFID(射频识别)

当今的消费者正在寻找性能强大的多功能电子设备,这些设备不仅要提供前所未有的性能和速度,还要具有小巧的体积和低廉的成本。这给半导体制造商带来了复杂的技术和制造挑战,他们试图寻找新的方法,在小体积、低成本的器件中提供更出色的性能和功能。长电 科技 在提供全方位的晶圆级技术解决方案平台方面处于行业领先地位,提供的解决方案包括扇入型晶圆级封装 (FIWLP)、扇出型晶圆级封装 (FOWLP)、集成无源器件 (IPD)、硅通孔 (TSV)、包封芯片封装 (ECP)、射频识别 (RFID)。

突破性的 FlexLineTM 制造方法

我们的创新晶圆级制造方法称为 FlexLineTM 方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。FlexLine 制造方法是不同于常规晶圆级制造的重大范式转变,它为扇入型和扇出型晶圆级封装提供了很高的灵活性和显著的成本节省。

FlexLine方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。

用于 2.5D 和 3D 集成的多功能技术平台

FlexLine方法,为客户提供了不受晶圆直径约束的自由,同时实现了传统制造流程无法实现的供应链简化和成本的显著降低。

半导体公司不断面临复杂的集成挑战,因为消费者希望他们的电子产品体积更小、速度更快、性能更高,并将更多功能集成到单部设备中。半导体封装对于解决这些挑战具有重大影响。当前和未来对于提高系统性能、增加功能、降低功耗、缩小外形尺寸的要求,需要一种被称为系统集成的先进封装方法。

系统集成可将多个集成电路 (IC) 和元器件组合到单个系统或模块化子系统中,以实现更高的性能、功能和处理速度,同时大幅降低电子器件内部的空间要求。

什么是系统级封装?

系统级封装 (SiP) 是一种功能电子系统或子系统,包括两个或更多异构半导体芯片(通常来自不同的技术节点,针对各自的功能进行优化),通常搭载无源元器件。SiP 的物理形式是模块,根据最终应用的不同,模块可以包括逻辑芯片、存储器、集成无源器件 (IPD)、射频滤波器、传感器、散热片、天线、连接器和/或电源芯片。

先进 SiP 的优势

为了满足用户提高集成度、改善电气性能、降低功耗、加快速度、缩小器件尺寸的需求,以下几大优势促使业界转向先进的SiP 解决方案:

• 比独立封装的元器件更薄/更小的外形尺寸

• 提高了性能和功能集成度

• 设计灵活性

• 提供更好的电磁干扰 (EMI) 隔离

• 减少系统占用的PCB面积和复杂度

• 改善电源管理,为电池提供更多空间

• 简化 SMT 组装过程

• 经济高效的“即插即用”解决方案

• 更快的上市时间 (TTM)

• 一站式解决方案 – 从晶圆到完全测试的 SiP 模块

应用

当前,先进的 SiP 和微型模块正被应用于移动设备、物联网 (IoT)、可穿戴设备、医疗保健、工业、 汽车 、计算和通信网络等多个市场。每种先进 SiP 解决方案的复杂程度各不相同,这取决于每种应用需要的元器件的数量和功能。

以下是高级 SiP 应用的一些示例:

根据应用需求和产品复杂度,我们提供多种先进 SiP 配置,从带有多个有源和无源元件、通过倒装芯片、引线键合和SMT进行互连的传统2D 模块,到更复杂的模块,如封装内封装 (PiP)、层叠封装 (PoP)、2.5D 和 3D 集成解决方案。先进的SiP 模块配置 (2D/2.5D/3D) 针对特定终端应用进行定制,旨在充分发挥它们的潜在优势,包括性能、成本、外形尺寸和产品上市时间 (TTM)。

在倒装芯片封装中,硅芯片使用焊接凸块而非焊线直接固定在基材上,提供密集的互连,具有很高的电气性能和热性能。倒装芯片互连实现了终极的微型化,减少了封装寄生效应,并且实现了其他传统封装方法无法实现的芯片功率分配和地线分配新模式。

长电 科技 提供丰富的倒装芯片产品组合,从搭载无源元器件的大型单芯片封装,到模块和复杂的先进 3D 封装,包含多种不同的低成本创新选项。长电 科技 的丰富倒装芯片产品组合包括:

FCBGA 和 fcCSP 都使用锡球来提供第二级 (BGA) 互连。

颠覆性的低成本倒装芯片解决方案:fcCuBE

长电 科技 还提供名为“fcCuBE ”的创新低成本倒装芯片技术。fcCuBE 是一种低成本、高性能的先进倒装芯片封装技术,其特点是采用铜 (Cu) 柱凸块、引线焊接 (BOL) 互连以及其他增强型组装工艺。顾名思义,fcCuBE 就是采用铜柱、BOL 和增强工艺的倒装芯片。fcCuBE 技术适用于各种平台。自 2006 年获得首个与 fcCuBE 相关的创新 BOL 工艺专利以来,长电 科技 投入大量资金,将这一变革性技术发展成为引人注目的倒装芯片解决方案,广泛应用于从低端到高端的移动市场以及中高端消费和云计算市场的终端产品。

fcCuBE 的优势是推动来自成本敏感型市场,如移动和消费类市场,以及网络和云计算市场的客户广泛采用这种封装,因为在这些市场上,布线密度和性能的增加是必然趋势。fcCuBE 的独特 BOL 互连结构可扩展到非常细的凸块间距,实现高 I/O 吞吐量,同时缓解与应力相关的芯片与封装之间的交互作用 (CPI),而这种现象通常与无铅和铜柱凸块结构相关。这对于中高端的网络和消费类应用而言尤其重要。

长电 科技 提供全方位一站式倒装芯片服务

凭借在晶圆级封装、晶圆探针和最终测试方面的强劲实力,长电 科技 在为客户提供全方位一站式服务方面独具优势。长电 科技 提供从涉及到生产的全方位一站式倒装芯片服务,包括高速、高引脚数的数字和射频测试。

焊线形成芯片与基材、基材与基材、基材与封装之间的互连。焊线被普遍视为最经济高效和灵活的互连技术,目前用于组装绝大多数的半导体封装。

长电 科技 的多种封装方法都采用焊线互连:

铜焊线

作为金线的低成本替代品,铜线正在成为焊线封装中首选的互连材料。铜线具有与金线相近的电气特性和性能,而且电阻更低,在需要较低的焊线电阻以提高器件性能的情况下,这将是一大优势。长电 科技 可以提供各类焊线封装类型,并最大程度地节省物料成本,从而实现最具成本效益的铜焊线解决方案。

层压封装

基于层压的球栅阵列 (BGA) 互连技术最初推出的目的是满足高级半导体芯片不断增长的高引线数要求。BGA 技术的特点是将引线以小凸块或焊球的形式置于封装的底面,具有低阻抗、易于表面安装、成本相对较低和封装可靠性高等特点。长电 科技 提供全套的基于层压的 BGA 封装,包括细间距、超薄、多芯片、堆叠和热增强配置。

除了标准层压封装之外,长电 科技 还提供多种先进堆叠封装选项,包括一系列层叠封装 (PoP) 和封装内封装 (PiP) 配置。

引线框架封装

引线框架封装的特点是芯片包封在塑料模塑复合物中,金属引线包围封装周边。这种简单的低成本封装仍然是很多应用的最佳解决方案。长电 科技 提供全面的引线框架封装解决方案,从标准引线框架封装到小巧薄型热增强封装,包括方形扁平封装 (QFP)、四边/双边无引脚、扁平封装 (QFN/DFN)、薄型小外型封装 (TSOP)、小外形晶体管 (SOT)、小外形封装 (SOP)、双内联封装 (DIP)、晶体管外形 (TO)。

存储器器件

除了增值封装组装和测试服务之外,长电 科技 还提供 Micro-SD 和 SD-USB 这两种格式的存储卡封装。Micro-SD 是集成解决方案,使用 NAND 和控制器芯片,SD-USB 则是裸片和搭载 SMT 元器件的预封装芯片。长电 科技 的存储卡解决方案采用裸片级别组装、预封装芯片组装,或者两者结合的方式。

全方位服务封装设计

我们在芯片和封装设计方面与客户展开合作,提供最能满足客户对性能、质量、周期和成本要求的产品。长电 科技 的全方位服务封装设计中心可以帮助客户确定适用于复杂集成电路的最佳封装,还能够帮助客户设计最适合特定器件的封装。

2.5/3D集成技术圆片级与扇出封装技术系统级封装技术倒装封装技术焊线封装技术MEMS与传感器

MEMS and Sensors

随着消费者对能够实现传感、通信、控制应用的智能设备的需求日益增长,MEMS 和传感器因其更小的尺寸、更薄的外形和功能集成能力,正在成为一种非常关键的封装方式。MEMS 和传感器可广泛应用于通信、消费、医疗、工业和 汽车 市场的众多系统中。

传感器

传感器是一种能够检测/测量物理属性,然后记录并报告数据和/或响应信号的装置或系统。传感器通常组装在模块中,这些模块能够基于模拟或传感器馈送信号来作出响应。传感器有很多不同的类型和应用,例如压力传感器、惯性传感器、话筒、接近传感器、指纹传感器等

微机电系统 (MEMS)

MMEMS 是一种专用传感器,它将机械和电气原件通过分立或模块方式组合起来。MEMS是典型的多芯片解决方案,例如感应芯片与专用集成电路 (ASIC) 配对使用。MEMS 器件可以由机械元件、传感器、致动器、电气和电子器件组成,并置于一个共同的硅基片上。在消费、 汽车 和移动应用中使用基于 MEMS 的传感器具备一些优势,包括体积小、功耗低、成本低等。

集成一站式解决方案

凭借我们的技术组合和专业 MEMS 团队,长电 科技 能够提供全面的一站式解决方案,为您的量产提供支持,我们的服务包括封装协同设计、模拟、物料清单 (BOM) 验证、组装、质量保证和内部测试解决方案。长电 科技 能够为客户的终端产品提供更小外形尺寸、更高性能、更低成本的解决方案。我们的创新集成解决方案能够帮助您的企业实现 MEMS 和传感器应用的尺寸、性能和成本要求。

1. 嵌入式晶圆级球栅阵列 (eWLB) - 单芯片、多芯片和堆叠的层叠封装配置

2. 晶圆级芯片尺寸封装 (WLCSP) - 非常小的单芯片

3. 倒装芯片芯片尺寸封装 (fcCSP)- 单芯片或多芯片的倒装芯片配置

4. 细间距球栅阵列 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置

5. 接点栅格阵列 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置

6. 四边扁平无引脚 (FBGA) - 单芯片或多芯片配置

长电 科技 提供全方位一站式倒装芯片服务

凭借在晶圆级封装、晶圆探针和最终测试方面的强劲实力,长电 科技 在为客户提供全方位一站式处理方面独具优势。长电 科技 提供从设计到生产的全方位一站式倒装芯片服务,包括高速、高引脚数的数字和射频测试。

全方位一站式解决方案的优势

• 缩短产品上市时间

• 提升整体流程效率

• 提高质量

• 降低成本

• 简化产品管理

长电 科技 位于中国、新加坡、韩国和美国的全球特性分析团队,致力于为全球客户提供先进的封装表征服务,确保客户拥有高质量、高性能、可靠和高性价比的封装设计,以满足他们的市场需求。

晶圆凸块技术可以在半导体封装中提供显著的性能、外形尺寸和成本优势。晶圆凸块是一种先进的制造工艺,在切割之前就在半导体晶圆表面形成金属焊球或凸块。晶圆凸块实现了器件中的芯片与基材或印刷电路板之间的互连。焊球的成分和尺寸取决于多种因素,例如半导体器件的外形尺寸、成本以及电气、机械和热性能要求。

长电 科技 在晶圆凸块的众多合金材料和工艺方面拥有丰富的经验,包括采用共晶、无铅和铜柱合金的印刷凸块、锡球和电镀技术。我们的晶圆凸块产品包括 200mm 和 300mm 晶圆尺寸的晶圆凸块和再分配,以提供完整的一站式先进倒装芯片封装和晶圆级封装解决方案。

长电 科技 的认证质量测试中心,提供多种可靠性试验,包括环境可靠性测试、使用寿命可靠性测试、板级可靠性试验,和全方位的故障分析服务。

封测市场高景气,公司治理和业务协同不断强化,业绩实现高速增长: 公司 2020 年归母净利润同比+1371.17%,业绩实现高速增长,主要得益 于公司进一步深化海内外制造基地资源整合、提高营运效率、改善财务 结构,大幅度提高了经营性盈利能力。2020 年,公司海外并购的新加坡 星科金朋实现营业收入 13.41 亿美元,同比增长 25.41%,净利润从 2019 年的亏损 5,431.69 万美元到 2020 年的盈利 2,293.99 万美元,实现全面 扭亏为盈。另外,收购后,子公司长电国际利用星科金朋韩国厂的技术、 厂房等新设立的长电韩国工厂(JSCK)在 2020 年实现营业收入 12.35 亿美元,同比增长 64.97%;净利润 5,833.49 万美元,同比增长 669.97%。 2021 年第一季度,公司业绩延续高增长趋势,归母净利润同比 +188.68%,毛利率 16.03%,同比+2.93pct,净利率 5.76%,同比+3.41pct。

公司可为客户提 供从设计仿真到中后道封测、系统级封测的全流程技术解决方案,已成 为中国第一大和全球第三大封测企业。公司产能全球布局,各产区的配 套产能完善,随着产能利用率的持续提升,公司生产规模优势有望进一 步凸显,同时,各产区互为补充,各具技术特色和竞争优势,完整覆盖 了低、中、高端封装测试领域,在 SiP、WL-CSP、2.5D 封装等先进封 装领域优势明显。公司聚焦 5G 通信、高性能计算、 汽车 电子、高容量 存储等关键应用领域,大尺寸 FC BGA、毫米波天线 AiP、车载封测方 案和 16 层存储芯片堆叠等产品方案不断突破,龙头地位稳固。

用户资源和 高附加价值产品项目,加强星科金朋等工厂的持续盈利能力。目前,公 司国内工厂的封测服务能力持续提升,车载涉安全等产品陆续量产,同 时,韩国厂的 汽车 电子、5G 等业务规模不断扩大,新加坡厂管理效率 和产能利用率持续提升,盈利能力稳步改善。随着公司各项业务和产线 资源整合的推进,公司盈利能力有望持续提升,未来业绩增长动能充足。

一说到2D或者3D,总是让人想到视觉领域中的效果,然而在半导体领域,3D技术带来的革命更叹为观止,早些年的FinFET和3D NAND只是个开始。从去年12月初英特尔公布新架构路线,到1月初CES 2019上拿出M.2 SSD大小的整台电脑,这样的速度,你不得不更上!

到底是什么决定着产品质的飞越,销量徘徊不前的PC到底路在何方?英特尔在此次CES上给了大家答案和思考。

"早"在2011年年中,英特尔推出了向空间要性能的Tri-Gate 3D晶体管技术,成为LSI取代电子管之后,半导体制程革命的新标志。该技术就是今天已经广为各大半导体厂商所采用的FinFET。

从2013年开始,多家主流的Flash厂商开始陆续推出3D NAND产品,最早推出该类产品的三星称之为V-NAND。与该技术普及相伴的是MLC向高堆叠TLC的技术演进,SSD进入寻常百姓家。

在这股浪潮中,英特尔/美光并不是十分积极,直到2015年才少量推出了使用相对独特的浮栅技术的3D NAND产品。真正的大招是他们同时宣布,2017年初正式推出成品的3D XPoint技术,英特尔称之为Optane(傲腾),比单纯的3D NAND只讲求容量增加,更多了一重性能(速度、延迟、寿命)的大幅提升。

可以说,半导体业界近年来每次大的技术飞越,都与3D化——从平面向空间要增长密不可分。而其中,英特尔的角色都是那么的微妙和关键。

刚刚公布就接近产品化的3D封装技术Foveros,将用多么"了不起(Foveros希腊语含义)"的成就改变半导体产业呢?

制程制程,制程是什么?无论是英特尔推演在的14nm、刚刚宣布2019年进入的,还是TSMC于去年下半年开始量产7nm,简单的描述是线宽,是晶片组成的半导体里弄中的道路宽度。路窄不是问题,关键是一方面要能保证车辆正常通行,另一方面还要防止路两侧房间不会隔路"相望"。英特尔不断的14nm制程优化过程,就是路不变窄的情况下,尽可能盖上更多的房间、住下更多的晶体管。同理,7nm的马路虽窄,但若不能很好地隔离不同"房间"间的干扰,房间的实际面积或距离,并不能随同制程改进而缩小,也就是晶体管密度没有增加,一切都等于白搭。

虽然FinFET技术已经完全普及,但是由于大多数CPU或SoC内部结构复杂、同时具有电气性能差异巨大的众多功能模块,FinFET技术只能实现单个晶体管,或者说栅极的空间布局,晶体管本身无法实现多层堆叠,即3D化。在这种情况下,CPU和SoC只能基于单片晶圆生产,同等制程情况下,对应DIE的面积反映出晶体管的数量,间接地呈现芯片性能。这也是摩尔定律已死的理论根源。

3D封装技术,在这里起到了革命性的作用,下面的故事有点像立体种植,把从面积要的产能改为向空间要。

立体种植晶体管,对不起,暂时还不能。3D封装说得很清楚,就是在空间中而不是平面化封装多个芯片。也许你会说,这有什么新鲜的,芯片堆叠技术不是老早之前就被广泛使用了么,无论是DRAM还是NAND,都已广泛采用堆叠技术,特别是NAND已经从128层甚至更多层迈进。而智能手机所使用的SiP芯片,也是将SoC与DRAM堆叠在一起的。

DRAM/NAND堆叠相对简单,由于各层半导体功能特性相同,无论是地址还是数据,信号可以纵穿功能完全相同的不同楼层,就像是巨大的公寓楼中从底到顶穿梭的电梯。存储具有Cell级别的高度相似性,同时运行频率相对不高,较常采用这种结构。

SoC和DRAM芯片的堆叠,采用了内插器或嵌入式桥接器,芯片不仅功能有别,而且连接速度高,这样的组合甚至可以完成整个系统功能,因此叫SiP(System in Package)更准确。SiP封装足够小巧紧凑,但是其中功能模块十分固定,难以根据用户需要自由组合IP模块,也就是配置d性偏低。

在去年年初,英特尔推出Kaby Lake-G令人眼前一亮,片上集成AMD Vega GPU和HBM2显存的Kaby Lake-G让EMIB(嵌入式多芯片互连桥接)封装技术进入人们眼帘,而该技术还只是2D封装,也就是所有芯片在一个平面上铺开。

现在,英特尔已准备好将3D封装引入主流市场,也就是Foveros。Foveros 3D封装将多芯片封装从单独一个平面,变为立体式组合,从而大大提高集成密度,可以更灵活地组合不同芯片或者功能模块。

多IP组合灵活(异构),并且占用面积小、功耗低,是Foveros最显著的特点。特别是结合上英特尔10nm制程,摩尔定律从晶体管密度(2D)到空间布局(3D)两个维度得到延续。

Lakefield是英特尔在CES 2019上披露的全新客户端平台的代号,该平台支持超小型主板,有利于 OEM 灵活设计,打造各种创新的外形设计。该平台采用英特尔异构 3D封装技术,并具备英特尔混合CPU架构功能。借助Foveros,英特尔可以灵活搭配3D堆叠独立芯片组件和技术IP模块,如I/O和内存。混合CPU架构将之前分散独立的CPU内核结合起来,支持各自在同一款10nm产品中相互协作:高性能Sunny Cove内核与4个Atom内核有机结合,可有效降低能耗。英特尔宣布预计将于2019年下半年推出使用这种全新3D堆叠技术的产品。

这颗Foveros 3D封装技术打造的硬币大小的芯片,从下至上,依次是封装基底(Package)、底层芯片(Bottom Chip)、中介层(Active Interposer,中介层上的上层芯片可以包括各种功能,如计算、图形、内存、基带等。中介层上带有大量特殊的TSV 3D硅穿孔,负责联通上下的焊料凸起(Solder Bump),让上层芯片和模块与系统其他部分通信。

该芯片封装尺寸为12mm×12mm、厚1mm,而内部3D堆叠封装了多个模块:基底是P1222 22FFL(22nm改进工艺)工艺的I/O芯片;之上是P1274 10nm制程计算芯片,内部整合了一个Sunny Cove高性能核心、4个Atom低功耗核心;PoP整合封装的内存芯片。据称,整颗芯片的功耗最低只有2mW,最高不过7W,注意,这可是高性能的x86架构芯片,不是ARM的哟!

围绕这颗芯片制成的电脑主板尺寸缩小到一块M.2规格SSD大小,要知道此前Core m SoC平台主板的面积小1/2以上。

同时Sunny Cove 高性能核心将提供用于加速 AI 工作负载的全新集成功能、更多安全特性,并显著提高并行性,以提升 游戏 和媒体应用体验,特别是其高级媒体编码器和解码器,可在有限功耗内创建4K视频流和8K内容。另外,从Ice Lake开始,英特尔承诺的直接集成Thunderbolt 3和支持Wi-Fi 6(802.11ax)等功能也将落地,全面增强连接性能。

此后,10nm技术将逐步拓展到桌面级产品领域、Foveros 3D封装的Lakefield,而至强可扩展(Xeon Scalable)平台(Ice Lake-SP)则将在2020年进行升级。

随着东京奥运会的临近,英特尔的5G技术也在加紧部署。其中代号为Snow Ridge的首款10nm 5G无线接入和边缘计算的网络系统芯片,将把英特尔的计算架构引入无线接入基站领域,从而充分让其计算功能在网络边缘进行分发。CES 2019上,英特尔展示了基于Snow Ridge平台的一款小型无线基站,整个设备的体积非常小巧,而这颗芯片示Snow Ridge也采用了Foveros 3D封装工艺,交付时间为今年下半年。

新制程与新封装,一直是英特尔称霸半导体领域的基石。2011年的22nm+Tri-Gate,2019年的10nm+Foveros,摩尔定律的世界依然宽广。

等待了数年,英特尔新技术将再次改变世界,起点仍将是集各领域发展前沿于大乘的PC领域。在可以预见的将来,AI加持的CPU仍将是核心计算单元,经过重新构建的CPU架构,无论是从Sunny Cove开始的新一代酷睿微架构,还是Lakefield所展现的混合CPU架构,都极大地平衡了性能与功耗,将高性能、小型化与长续航推向新的高度。在最新发布的一批9代酷睿处理器上,新的"F"后缀产品已经不再集成核显,与Ice Lake走向市场前后脚,英特尔回归独显市场的首款产品Arctic Sound也将上市,随后的13代产品Jupiter Sound更是再推翻番的性能。再加上本地连通的PCI-E 4.0、扩展连接的集成Thunderbolt 3,结合了5G和Wi-Fi 6的"永远在线",存储上的Optane Memory及Optane SSD,无所不能的PC在英特尔技术的打造下正在浮出水面,PC的世界依然相当精彩。


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