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IC封装基板

IC封装基板

3D封装的原理和应用
2021-06-21
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3D集成芯片
图1. 3D系统由硅载体和有机载体上的逻辑和存储芯片组成


2.5D中介层是一种配置,其中使用通过中介层的硅通孔(TSV)将管芯并排安装在硅,玻璃或有机中介层上。(当玻璃或有机层压板用作中介层基板时,分别称为通孔玻璃通孔(TGV)和衬底通孔(TSV)。)管芯之间的通信通过中介层上制造的电路进行。
CMOS图像传感器(CIS)具有TSV作为背面过孔,以形成互连,消除引线键合并允许减小尺寸和增加密度。在所有类型的3D封装中,封装中的芯片都使用片外信号进行通信,就像将它们安装在普通电路板上的单独封装中一样。
3D IC可以分为3D堆叠式IC(3D-SIC),这是指堆叠IC芯片并将其与TSV互连;以及真正的3D IC,它们使用fab工艺在单个芯片上堆叠多个器件层,它们可能会也可能不会使用非常细间距的TSV来形成互连。

  1. 什么是硅通孔?
    TSV硅通孔技术
    硅通孔(TSV)是使用蚀刻工艺在硅晶圆中创建的孔。互连是通过用导电材料(例如铜,钨或多晶硅)填充TSV来形成的(图2)。TSV互连的主要优点是缩短了信号从一个芯片传输到下一个芯片或从一层电路传输到下一个芯片的路径。这允许降低功率,并具有增加互连密度的能力,从而提高功能和性能。TSV本身并不是3D IC。相反,它们是启用3D IC的基础。背面通孔还用于其他设备,例如图像传感器,微机电系统(MEMS)和化合物半导体。

  2. 单片3D IC是什么意思?
    单片3D IC并非堆叠晶圆或模片以创建3D IC,而是从基础晶圆开始,在基础晶圆上使用传统的fab设备添加了结晶硅,金属层以及有源和无源电路等附加层(图2)。垂直互连是使用纳米而不是微米范围的通孔在层之间而不是芯片之间形成的;与TSV一样。正在开发几种不同的方法,主要针对内存应用程序。整体式3D有时也称为顺序3D。

  3. 什么是3D内存?
    有被开发了许多方法来栈存储器垂直两个非易失性的(NAND闪存)和挥发性(DRAM)的存储器设备。DRAM方法包括高带宽内存(HBM),美光(Micron)的混合内存多维数据集和Tezzaron的集成RAM(DiRAM)。所有这些都是基于使用TSV的3D IC(图3)。三星,东芝和许多其他公司正在基于整体3D方法开发3D NAND闪存。

  4. 2.5D插入器技术有哪些好处?
    2.5D技术最初是作为3D IC的桥接技术而开发的,现已成长为一个封装平台,有望与3D IC共存。与3D-IC不同,仅中介层(而不是管芯本身)需要TSV将有源管芯与封装衬底相连。这允许使用现有的模具设计。

  5. 3D集成的主要技术驱动力是什么?
    该光刻步骤和晶圆处理成本增加,一般在下一代芯片的节点正在推动行业寻找替代品,以提高我们的电子设备的性能和功能,降低成本。此外,以小尺寸集成各种技术(逻辑,内存,RF,传感器等)的需求正在推动业界将3D集成作为解决方案。

  6. 3D集成的市场驱动力是什么?
    3D集成(三维集成)的市场驱动力始于高端计算,服务器和数据中心,军事和航空航天以及医疗设备,因为它们的需求最大,并且可以承受当前3D集成技术的成本。平板电脑,智能手机和游戏设备也在推动这项技术的发展。

  7. 3D IC面临哪些挑战?
    尽管许多人声称没有剩余的技术挑战,而且可以轻松地解决遗留的问题,但某些工艺步骤仍需要更好的解决方案,例如用于规划,实施和验证2.5D和3D IC的设计工具,薄晶圆处理,热管理和测试。主要挑战是,由于生态系统的日趋成熟,当前的单位成本,数量低以及实施风险。正在努力降低流程成本并简化整个行业的合作。提高产量将有助于降低成本。但是,许多3D专家认为,实施3D IC将大大降低系统成本,而剩下的挑战是教育系统级工程师有关在其系统中设计3D IC的好处。

  8. 哪些形式的3D集成已经投入生产?
    BIS CIS 3D IC

图2:用于BIS CIS的3D IC。


CMOS图像传感器(CIS)是首批大批量实现通孔背面背面通孔的器件。带有背面照明(BSI)的CIS现在正在生产中,并且由于CIS堆叠在IC的顶部,因此它是一种3D IC器件(图2)。Xilinx于2011年推出了其Virtex-7系列所有可编程FPGA的2.5D插入器设计。在过去的几年中,Tezzaron交付了少量的DiRAM。
在2014年末,美光和三星将开始生产混合存储立方体(HMC),这是逻辑设备顶部的3D DRAM堆栈。SK海力士将同时提供HMC和高带宽存储器(HBM)。这些3D集成存储设备的批量生产在2014/15年度进行,并在之后几年内继续使用逻辑堆栈和异构设备。

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