自從 IBM 和摩托羅拉在 1980 年代推出第一個 BGA 封裝以來，半導(dǎo)體行業(yè)一直在不斷創(chuàng)新新型先進(jìn)封裝。先進(jìn)封裝的主要潛在趨勢是將更多功能和電路塊集成或封裝到更小的空間中，所有這些都以更快的速度運(yùn)行。為了促進(jìn)這種類型的功能封裝，業(yè)界開發(fā)了多種類型的半導(dǎo)體封裝設(shè)計，可以持續(xù)集成各種功能。

在異構(gòu)集成概念的推動下，將更多功能集成到更小的設(shè)備中確實存在市場壓力。IEEE 電子封裝協(xié)會 (EPS) 的異構(gòu)集成路線圖概述了由先進(jìn)封裝促進(jìn)的持續(xù)集成的長期愿景。在本文中，我們將概述推動異構(gòu)集成的封裝選項，以及對工程師的影響。

先進(jìn)封裝的種類

半導(dǎo)體封裝有很多種。大多數(shù)設(shè)計人員都熟悉標(biāo)準(zhǔn)的單芯片芯片或帶引線鍵合的倒裝芯片，它們用于許多封裝（如 SOIC）或無引線封裝（如 QFN）。這些標(biāo)準(zhǔn)包裝風(fēng)格不會很快消失，因為電子設(shè)計和制造行業(yè)已經(jīng)如此依賴它們。

高級封裝采用了另一種方法，其中裸片使用基板加中介層結(jié)構(gòu)連接在一起。使先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝變得可行和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)是中介層。這些薄基板是組裝具有不同功能的半導(dǎo)體管芯的基礎(chǔ)。然后每個管芯通過小互連連接，最終連接到封裝基板和封裝底部的 BGA。一個例子如下所示。

用于構(gòu)建中介層的材料包括：

硅——這可能是用于在裸片之間建立互連的最常見的基板材料。

玻璃——這些中介層材料在先進(jìn)產(chǎn)品中變得越來越受歡迎。

有機(jī)材料——這包括支持替代互連制造工藝的各種材料。

組件的類型及其排列（2.5D 與 3D）用于對不同類型的先進(jìn)半導(dǎo)體封裝進(jìn)行分類。下表總結(jié)了當(dāng)前基于中介層的半導(dǎo)體封裝，以及一些定義特征和用例。

如果您正在設(shè)計PCB，除非您知道要尋找什么，否則您可能不知道您正在處理其中一個封裝。在安裝和組裝方面，這些組件高度標(biāo)準(zhǔn)化，PCB 設(shè)計人員非常了解布局和布線的設(shè)計實踐。這些封裝的主要優(yōu)點包括它們在單個組件中啟用的功能的多樣性，以及高級組件的整體小型化。

迄今為止，這些先進(jìn)的封裝選項推動了將多種功能更多地集成到單個封裝中。最終結(jié)果是無處不在的片上系統(tǒng) (SoC) 或 SiP，其中包括通用芯片上的特定應(yīng)用加速器塊。來自主要半導(dǎo)體供應(yīng)商和初創(chuàng)公司的一些最新產(chǎn)品包括，例如，FPGA 切片或 AI 加速器模塊以及標(biāo)準(zhǔn) MCU 架構(gòu)。在封裝級別成功集成這些功能的能力更有可能改變公司設(shè)計和構(gòu)建組件的方式。

示例封裝基板，其中 FPGA 處理器塊與存儲器集成在同一封裝中。資料來源：賽靈思

芯片設(shè)計民主化

可能由先進(jìn)封裝選項驅(qū)動的最有趣的轉(zhuǎn)變是芯片設(shè)計的民主化。PCB 設(shè)計工程師精通標(biāo)準(zhǔn)組件的布局和封裝，經(jīng)過檢查，很明顯，許多相同的技能也適用于 2.5D 和 3D 集成電路的封裝設(shè)計。這些應(yīng)用程序中使用的設(shè)計軟件仍然需要一些生產(chǎn)力提升，但工作流程仍將反映 PCB 設(shè)計中使用的工作流程。

基本概念與PCB設(shè)計基本相同；布局工程師構(gòu)建中介層基板，以在嵌入式組件和附加管芯上進(jìn)行所需的連接。版圖工程師只需要獲得連接管芯和嵌入式組件的引腳分配。然后，他們使用 CAD 工具中的布線引擎在中介層和基板中建立所需的連接，并最終設(shè)計將連接到 PCB 的 BGA 封裝。

也許是時候讓半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)明一種新的商業(yè)模式來支持這種先進(jìn)封裝方法了。當(dāng)布局工程師可以為其新組件選擇標(biāo)準(zhǔn)化裸片而不是位于 PCB 上的預(yù)封裝芯片時，這種封裝設(shè)計方法將是可行的。時間會證明行業(yè)的創(chuàng)新者是否會加緊建立這個生態(tài)系統(tǒng)并創(chuàng)建大規(guī)模生產(chǎn)這些組件所需的軟件，但這會將 PCB 設(shè)計人員的角色擴(kuò)展到一個新領(lǐng)域，使他們能夠更好地控制他們生產(chǎn)的設(shè)備。

審核編輯 ：李倩