重申先进封装的“三个新特点”

SIN2020

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。
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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”。


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    传 统 封 装  

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。

' \8 D1 C' h8 v- u4 }" H4 ~% m; W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！

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。

芯片保护  Chip protection
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。



尺度放大  Scale Expansion
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3 a, Y3 G/ ]- v0 A3 {, o  }1 r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。
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电气连接  Electric Connection
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9 S3 H/ @1 `2 \& ^) i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。
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; J8 C; i& |! K; A- }  d( R, I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！
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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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" t6 I, F4 o! D7 z从下面的文字中，你或许能找到最终的答案。
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6 d& k( t' O( H: N    先 进 封 装  
: W& Q7 N- z1 ?/ d7 Y- o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。
$ \- ]- q  {1 L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！

1 b$ s- m' i. f/ S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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1 ~$ x1 \6 y6 J3 q; ^1 p( Q提升功能密度  (Increase Function Density)
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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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( R; U% x2 L% g1 l( V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。
' ^; n. i* R) @! j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。



1 N$ a7 S/ c8 ~1 f缩短互联长度  (Shorten Interconnection Length)

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。
2 l. }2 l6 a) P" D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。

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%。


- R% l9 k4 b: O进行系统重构  (Execute System Restruction)
! Z# E2 e# j2 |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。
6 E# Z( O+ k. a0 q4 ]! S# K  k1 D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。
. n' `, s8 p' a2 @6 H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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. p$ p6 b1 V' ]    总 结  
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。
: G. I; k+ i! T4 Y. V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！
1 S. j* a9 U  r1 N: b% u3 l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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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！”

4 ?( C) `/ z6 T: W5 S9 B' x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！


芯片对封装说：去吧，亲爱的，该你上台了！

封装对芯片说：70多年的默默陪伴，我终于从幕后走向了台前，并且，我们还会一起走下去，因为我始终是你的保护者和坚实的后盾！
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8 j2 V8 |- H! Y! s5 W7 f8 Y! F; q) E  @合：走吧，我们一起！

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学习一下~

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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。

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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。

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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！电子封装没法考证呀！