在追求更高性能、更小尺寸和更低功耗的半導體行業浪潮中,三維集成技術已成為推動摩爾定律持續前行的關鍵路徑。在眾多3D封裝方案中,根據集成方式和工藝順序的不同,衍生出了幾種主流的先進封裝技術,它們以其獨特的結構和流程,共同支撐起現代異構計算的宏偉藍圖。
PoP:Package-on-Package Assembly/堆疊封裝
實現 3D 集成的較簡單方案之一,是將已完成封裝的芯片進行堆疊。這類方案的技術名稱中通常包含 “PoP”(即 “封裝堆疊”)。該技術的一個典型應用場景是將 DRAM 芯片堆疊在邏輯芯片上方,臺積電(TSMC)的 InFO 封裝技術中,就包含此類堆疊方案。
CoW:Chip on Wafer Assembly/晶圓級芯片集成
在封裝中實現芯片互連的早期方案之一,是采用晶圓作為載體,并在其上制作重布線層(RDL),臺積電將該技術品牌化為 “CoW”(晶圓級芯片集成)。以下介紹兩種典型的組裝流程方案:
第一種方案的流程為:先在載體晶圓上制作重布線層(RDL),再將預先切割好的芯片(焊凸朝下)放置在載體上;隨后對芯片進行塑封,形成 “重構晶圓”(reconstituted wafer);之后移除載體晶圓,制作焊球,最后對重構晶圓進行切割( singulate),得到獨立封裝體。
另一種方案的流程則不同:先將芯片倒扣在載體晶圓上,再進行塑封;移除載體晶圓后,制作重布線層與焊球;最后對重構晶圓進行切割,完成封裝。
英特爾(Intel)的 Foveros 工藝是該技術的另一變體,主要用于實現兩顆芯片(或一顆芯片與一個有源中介層)的面對面鍵合。其中,下方芯片需朝上放置,并通過硅通孔(TSV)與基板實現連接。
加入中介層(Adding Interposers)
前文介紹的方案僅通過重布線層(RDL)實現信號向焊球的布線。若在封裝中加入中介層,則能進一步提升布線靈活性。臺積電的 CoWoS(晶圓級系統集成封裝)是最知名的案例之一,該技術根據中介層的類型分為三個變體:
CoWoS-S:采用硅中介層;
CoWoS-R:采用有機材料制作重布線層(無獨立中介層,以有機 RDL 替代中介層功能);
CoWoS-L:采用小型芯片作為 “布線載體”—— 其結構類似硅橋(silicon bridge),但額外具備通向基板的通孔(vias),可直接與基板連接。
總結:
從簡單的封裝堆疊(PoP),到以晶圓為載體的芯片集成(CoW),再到引入中介層以極致發揮布線潛力的CoWoS技術,先進封裝的演進清晰地展示了一條從二維到三維、從單一到異構的系統級整合路徑。這些技術不僅突破了傳統封裝的物理限制,更通過靈活的芯片組合,為未來算力提供了無限可能。它們共同構成了半導體產業的下一個前沿,預示著電子系統性能與集成度的新紀元。