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标题: 重申先进封装的“三个新特点” [打印本页]
作者: tend    时间: 2021-6-17 10:02
标题: 重申先进封装的“三个新特点”
首先，先进封装是一个相对的概念，今天的先进封装在未来可能成为传统封装。: R) O+ T* U4 h9 N1 }
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今天，先进封装通常是指Fan-In，Fan-Out，2.5D，3D 四大类封装形式，展开以后种类就比较多了，大约有几十种，可分为基于XY平面延伸的先进封装技术和基于Z轴延伸的先进封装技术，详细可参看：“先进封装”一文打尽4 E. j" |9 A: u4 q

4 m. P* Z2 _! [! X$ F在前面的文章中，我们提到了SiP的三个新特点，因为先进封装和SiP的高度重合性，这篇文章里，我们从先进封装的角度重新解读一下这具有重大意义的“三个新特点”。$ {6 y' \: V. N( Q% Q4 ?( s
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传 统 封 装  
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1947年，随着晶体管的发明，人类迎接信息时代的到来，电子封装也同时出现了，在主角耀眼的光环下，配角只能默然无声。
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晶体管的发明举世瞩目，并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖，而电子封装是谁发明的至今都难以追溯！
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传统封装的功能主要有三点：芯片保护、尺度放大、电气连接，并且在长达70多年的时间里始终充当配角，默默地为芯片服务。" A" D6 L5 u7 @9 J
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芯片保护  Chip protection 5 _% t. J3 M9 O% _
因为芯片本身比较脆弱，没有封装的保护，很容易损坏，连细小的灰尘和水汽都会破坏它们的功能，因此需要封装进行保护。9 C2 H* c7 {4 Q8 S$ `3 G" n
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尺度放大  Scale Expansion 5 k1 s. I! t6 R, o4 U/ T2 `  O# K

# `) [! ?/ R& c3 t( P! O. ^因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。$ V0 n4 t+ Z4 L/ Q$ L$ |

! I- \' t% G# d! P- {. h- Z! u1 ^电气连接  Electric Connection
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无论芯片内部多么复杂和精密，总是需要和外界进行通讯的，通过封装，芯片和外界电气连接，进行信息交换。! c) m& |, u" ?

% \% x- r; [% b* l从1947年诞生至今，电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用，虽然一直在幕后充当配角，但始终持志不渝地陪伴着芯片，支撑着芯片，保护着芯片，一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代！5 K2 f0 D5 @- ^4 x
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今天，为什么当了几十年配角的电子封装会从幕后走向台前，成为业界瞩目的焦点？
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! F  n7 j6 T0 u0 p. J/ X: l- P从下面的文字中，你或许能找到最终的答案。
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 先 进 封 装  3 ]' i" n* _; p: H
电子产品之所以能为人类服务，并不在于其采用多么先进的工艺，而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要，因此，能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。
: y3 x" o. x& i$ J. s, x在传统封装时代，由于上面提到的传统封装的三个功能特点，封装本身并不会使芯片的功能产生任何变化。然而，到了先进封装和SiP时代，这种情况发生了重大的改变！6 F2 c1 ^# b4 j+ ^$ Q! Z* W4 G

1 k6 Y$ _" w1 T  y+ c2 ?什么样的重大改变呢？我们就需要了解先进封装的三个新特点。
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  f( J7 |, ]1 V7 Z3 e提升功能密度  (Increase Function Density)
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7 Y2 I% p8 n6 _: Y9 d功能密度是指单位体积内包含的功能单位的数量，从SiP到先进封装，最鲜明的特点就是系统功能密度的提升。（关于功能密度的详细解释，可参考电子工业出版社新书《基于SiP技术的微系统》第1章的内容）
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0 m4 B- N: e: X+ B* K6 q通过下图，我们就能直观地理解功能密度的含义，下图为应用在航天器中的大容量存储器，左侧为进口的传统存储器，右侧为国内新研发的存储器，实现完全相同的功能，新存储器的体积只有传统存储器的1/4，因此，其功能密度为传统存储器的4倍。（关于新存储器的研发流程，可参考新书《基于SiP技术的微系统》第22章的内容）
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! Q; a9 |# k: y& d' z功能密度（Function Density)，是一个相对宽泛的概念，在存储器中，可理解为存储密度，并且在其他类型器件中，也同样适用。9 u3 s1 A' l! Y/ r  h2 u

: m7 C7 q+ `& {, i" r缩短互联长度  (Shorten Interconnection Length) + J+ L* M; n3 U$ }8 }; `4 ~6 t
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在传统封装中，芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚，常常会达到数十毫米甚至更长，如此长的互联会造成较大的延迟，严重影响系统的性能，并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。
) [7 g# H: b5 a/ I# }先进封装将芯片之间的电气互联长度从毫米级（mm）缩短到了微米级（um）。互联长度的缩短，带来的好处就是性能提升，功耗降低。
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这一点，通过HMB和DDRx的比较大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超过了3倍，但功耗却降低了50%。) m7 _7 o% x5 i% Q+ T

) p# C' t- x3 q" k- Q5 f: o9 V, G7 X( ]9 I  v  ^2 J( D
进行系统重构  (Execute System Restruction) 2 p6 `- x* {5 W; h6 D. V
重点来了，系统重构才是先进封装从幕后走向台前的重要推手。
( s1 G; j% W& V+ O5 |系统重构只发生在系统的多个元素之间。只要是多个芯片，并且之间进行了互联，就会产生功能的改变，我们称之为系统重构。
5 f% U8 n; M% v6 p传统封装时代，电子系统的构建多是在芯片级（SoC）或者是在板级（PCB）进行，先进封装时代，在一个封装内构建系统并进行优化，我们称之为封装级系统重构，Chiplet技术、异构集成技术就是封装级系统重构的典型代表。
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' [1 X& V' D0 ~% T8 S# j4 m总 结  
6 T8 B' G+ O' J& n$ \4 v先进封装属于电子封装，因此传统封装的三个功能先进封装也都具备，此外，相对于传统封装，先进封装又增加了三个新的特点：提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构。2 \  U) t; G+ ~; ]% C! @0 ~
这三个新特点给先进封装带来的优势就是：提升系统性能，降低整体功耗！2 J0 Z6 i" ~2 j- R, z* {' L2 @. _
当今，先进封装已经成为的行业热点，芯片大佬们如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD纷纷入局，推出自己的先进封装技术，面对此情此景，传统的封测厂OSAT会不会有些瑟瑟发抖呢？
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- C2 a% X6 ?: c# S8 N有一句网络流行语：“走自己的路，让别人无路可走！” 今天我们拿来改造一下：“当别人无路可走的时候，建议他们走这条路！”
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' ]6 T+ b' D8 d9 V+ G7 o虽然时代的发展还远没到这一步，但从目前来看，随着芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的时候，封装内集成（先进封装和SiP）这条路目前显得更宽一些而已！
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当主角的光环已经逐渐暗淡，是不是该配角上场了？是的，当主角的光环渐渐褪尽，配角有一天也会成为主角！
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作者: keep    时间: 2021-6-17 11:19
因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。
作者: SIN2020    时间: 2021-6-17 13:52
电子产品之所以能为人类服务，并不在于其采用多么先进的工艺，而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要，因此，能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。
作者: bow    时间: 2021-6-17 13:56
从1947年诞生至今，电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用，虽然一直在幕后充当配角，但始终持志不渝地陪伴着芯片，支撑着芯片，保护着芯片，一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代！
作者: li_suny    时间: 2021-6-17 14:34
原文链接：
9 B# k8 @: Q! h  Z" V' c重申先进封装的“三个新特点”
作者: 迷你航    时间: 2021-6-22 16:43
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