先进封装技术(一):从传统封装到 Chiplet

传统封装主要承担保护裸片、引出电气连接、供电和散热。进入先进封装阶段,封装开始参与系统架构:多个裸片在同一封装内通过高密度互连协同工作,接近一个完整系统。

1. 为什么不一直做更大的单片

单片 SoC 连接短、设计一致,但面积增大会降低单片可制造数量,也提高缺陷命中的机会。不同功能对制程需求不同:计算逻辑需要先进节点,模拟、I/O 和部分缓存未必需要。把所有功能放在同一节点,可能既昂贵又不灵活。

Chiplet 将系统拆成可组合的裸片,各模块可以选择合适工艺并复用已有 IP。它还能突破单个光刻曝光场限制,支持更大的系统级硅面积。

2. Chiplet 不只是“切小芯片”

拆分后,原本片上连接变成 Die-to-Die 连接,需要额外的 PHY、协议、时钟、供电与测试策略。互连带宽、延迟、能耗和边缘面积都会影响收益。不同供应商裸片还涉及接口互操作、已知良品和责任边界。

因此 Chiplet 是架构、设计、封装、测试和供应链的共同选择,而不是单纯封装工艺升级。

3. 异构集成带来什么

逻辑、HBM、I/O、射频、光子或专用加速器可以采用不同节点与材料,再通过 2.5D 或 3D 集成。Intel 的 EMIB、Foveros 以及 TSMC 的 CoWoS、InFO、SoIC 是不同实现实例,不能只凭商业名称判断内部结构。

4. 新的良率与成本问题

小裸片自身良率可能更高,但封装总良率取决于每颗 Die、互连和组装步骤。若昂贵裸片在最后一步因另一颗 Die 失效而报废,损失反而更大。Known Good Die、分阶段测试和可返修性成为关键。

5. 封装成为共同设计对象

先进封装必须联合评估信号完整性、电源完整性、热、机械应力、翘曲和可靠性。芯片布局会改变散热路径,封装材料又会通过应力影响晶体管与互连。

总结

Chiplet 的价值是用封装互连换取制程选择、IP 复用和系统扩展性。它没有消除复杂度,而是把复杂度从单片设计重新分配到接口、组装、测试和系统协同中。

参考资料

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