引言

半導體行業正在快速發展，對更強大、高效和緊湊的電子設備的需求不斷增長。先進封裝技術在滿足這些需求方面發揮著重要作用，它能夠實現更高的性能、改進的功能和更小的尺寸。本文概述了各種先進封裝技術、其應用及其發展的驅動力。
半導體應用和系統技術驅動因素

半導體行業已確定五大增長引擎或應用：

1、移動設備（智能手機、筆記本電腦、智能手表、可穿戴設備、平板電腦）

2、高性能計算（HPC）

3、自動駕駛汽車

4、物聯網（IoT）

5、大數據（云計算）和即時數據（邊緣計算）

這些應用主要由兩個關鍵系統技術驅動因素推動：

1、人工智能（AI）

2、5G技術

AI需要高性能計算基礎設施，如數據中心和超級計算機。AI應用所需的硬件組件包括CPU、GPU、FPGA、內存、服務器和交換機。 

5G技術分為兩大類：

1、中頻段（Sub-6 GHz 5G）：900 MHz < 頻率 < 6 GHz，數據速率 ≤ 1 Gbps

2、高頻段（5G毫米波）：24 GHz ≤ 頻率 ≤ 100 GHz， 1 Gbps < 數據速率 ≤ 10 Gbps 

先進封裝技術

為滿足這些應用和驅動因素的要求，開發了各種先進封裝技術。這些可以大致分為幾個類別：
1、2D集成：

- 2D扇出（芯片先行）IC集成

- 2D倒裝芯片IC集成

- 封裝疊加（PoP）

- 系統級封裝（SiP）或異構集成

- 2D扇出（芯片后置）IC集成
2、 2.1D集成：

- 2.1D倒裝芯片IC集成

- 帶橋接的2.1D倒裝芯片IC集成

- 帶橋接的2.1D扇出IC集成
3、2.3D集成：

- 2.3D扇出（芯片先行）IC集成

- 2.3D倒裝芯片IC集成

- 2.3D扇出（芯片后置）IC集成
4、 2.5D集成：

- 2.5D（C4焊球）IC集成

- 2.5D（C2微凸點）IC集成
5、3D集成：

- 微凸點3D IC集成

- 微凸點Chiplet 3D IC集成

- 無凸點3D IC集成

- 無凸點Chiplet 3D IC集成 

讓我們更詳細地探討一些這些先進封裝技術：

2D扇出（芯片先行）IC集成：

這種技術涉及將多個芯片嵌入環氧模塑料（EMC）中，然后扇出重分布層（RDL）以連接到焊球。這種方法允許更高的集成密度和改進的電氣性能。 

2D倒裝芯片IC集成：

在這種技術中，芯片被翻轉并使用C4（受控塌陷芯片連接）凸點或C2（芯片連接）凸點附著到構建封裝基板上。通常在芯片和封裝基板之間使用底填以提高可靠性。

 
封裝疊加（PoP）和系統級封裝（SiP）：

PoP技術涉及將多個封裝堆疊在一起，通常結合邏輯和存儲組件。SiP技術將多個芯片和分立組件集成到單個封裝基板中。 

2.1D倒裝芯片IC集成：

這種技術在構建封裝基板頂部具有薄膜層。這些薄膜層的金屬線寬和間距可以小到2/2 μm，支持帶有微凸點的倒裝芯片。

帶橋接的2.1D倒裝芯片IC集成：

這種技術，以英特爾的EMIB（嵌入式多芯片互連橋）為例，在構建封裝基板的頂層嵌入一個橋，以支持倒裝芯片之間的橫向通信。旨在替代TSV（硅通孔）中間層技術。 

2.3D扇出（芯片先行）IC集成：

這種技術用扇出RDL中間層替代了TSV中間層、微凸點和底填。與傳統的2D扇出技術相比，它提供了改進的性能和集成密度。

2.5D（C2凸點）IC集成：

在這種技術中，諸如GPU和高帶寬存儲器（HBM）等組件使用C2微凸點附著到無源TSV中間層上。然后整個模塊使用C4凸點連接到封裝基板。

微凸點3D IC集成：

這種技術涉及垂直堆疊多個芯片并使用微凸點和TSV連接它們。頂部芯片使用微凸點連接到底部芯片（帶有TSV），整個模塊使用C4凸點附著到封裝基板上。

無凸點3D IC集成：

無凸點3D IC集成，也稱為混合鍵合，可實現芯片之間更細的間距連接。這種技術可以實現小至10 μm的焊盤間距，與微凸點技術相比顯著提高了互連密度。 

無凸點Chiplet 3D IC集成：

這種新興技術，如臺積電的SoIC（集成芯片系統），涉及通過芯片到晶圓（CoW）或晶圓到晶圓（WoW）工藝進行無凸點混合鍵合Chiplet。它承諾更高的集成密度和性能。 

組裝工藝

先進封裝技術中使用了幾種組裝工藝：1.線鍵合2.表面貼裝技術（SMT）3.有機基板上的倒裝芯片大規模回流4.芯片到芯片（CoC）、芯片到晶圓（CoW）和晶圓到晶圓（WoW）熱壓鍵合和混合鍵合

結論

先進封裝技術對于滿足現代電子設備和應用的需求非常重要。隨著半導體行業的不斷發展，這些封裝技術將在實現更高性能、改進功能和更小尺寸方面發揮越來越重要的作用。從2D集成到無凸點3D Chiplet集成，每種技術在性能、成本和可制造性方面都提供了獨特的優勢和權衡。
先進封裝的未來會在材料、工藝和設計方法方面進行進一步創新，以解決功耗、熱管理和信號完整性的挑戰。隨著AI、5G和其他新興技術繼續推動半導體行業向前發展，先進封裝將繼續成為下一代電子系統的關鍵賦能技術。

參考文獻

J. H. Lau, "Semiconductor Advanced Packaging," in Semiconductor Advanced Packaging. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ch. 1, pp. 1-19.

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