半导体封测展|浅谈未来十年半导体封装技术的革新之路
半导体封装领域，为了实现超越摩尔定律（More Than Moore）模式，2.5D和3D封装已成为增长非常快的先进封装技术之一。今天半导体封测展小编就来聊一聊未来十年半导体封装技术的革新之路。
事实上，能与2.5D和3D封装同日而语的技术还包括：异构集成、扇出型、FOWLP、FOPLP、硅通孔、玻璃封装、封装天线、共封装光学器件、RDL等等。这些技术正在为人工智能、高性能计算（HPC）、数据中心、自动驾驶汽车、5G和消费电子等领域带来更大的性能提升。不过，寸有所长尺有所短。
半导体封测展浅谈半导体封装的演进
随着科技的不断进步，半导体封装技术也经历了从1D PCB级别到晶圆级别先进3D混合键合的巨大转变。这一转变带来了四个关键参数的显著提升：功率、性能、面积和成本。为了实现更高效、更高带宽、更小尺寸和更低成本的半导体封装，2.5D和3D封装技术应运而生，融合了各种先进的封装工艺。其中，2.5D封装包括硅基、有机基和玻璃基中介层等不同材料的中介层；而3D封装则通过微泵技术和混合键合技术（如直接连接Cu-Cu）实现了更小的间距尺寸和更高的性能。这些技术的发展标志着半导体封装领域的一次重大进步，为未来的高性能计算和其他领域的应用奠定了坚实的基础。
半导体封测展浅谈2.5D封装的三个关键
半导体封装技术中，2.5D封装以其硅、有机和玻璃等材质展现了多样化的选择。硅基封装在HPC集成中占据重要地位，但面临成本和面积的挑战。为应对这些挑战，局部硅桥的策略性使用正逐渐增多。有机材料则以其低介电常数和成本效益成为硅的替代品，尤其在需要降低RC延迟的应用中。然而，有机物在HPC应用中受到互连功能的限制。玻璃封装，以其耐高温和透光性好的特点，有望成为硅的廉价替代品。这些材料的选择和应用，反映了半导体封装技术在追求性能、成本和功能平衡中的持续创新和进步。
为进一步提高半导体封装性能，需综合考虑多个方面：介电材料的选择，直接影响电气性能和可靠性；RDL层的优化，关乎电气性能和可靠性的提升；L/S的权衡，影响互连密度与制造难度；凸点尺寸的减小，旨在提升电气性能和连接稳定性；芯片尺寸与形状的考量，涉及封装密度与性能平衡；选择合适的封装类型，如2.5D和3D封装，以提升性能并降低成本；制造工艺的优化，则关乎生产效率与产品质量的提升。综合考虑这些因素，有助于实现半导体封装性能的全面提升。
半导体封测展浅谈3D封装的两大技术
3D封装技术在半导体领域扮演着重要角色，其中微泵和混合键合是两大关键技术。微泵技术虽然成熟，但面临焊球尺寸减小导致的金属间化合物形成增加和焊球桥接等挑战，这可能影响导电性和机械性能，增加芯片故障风险。而混合键合技术，如Cu-Cu混合键合，具有低间距、高带宽、高功率效率等优势，但也面临制造复杂性和高成本的挑战。这些技术的持续发展和优化将为半导体封装领域带来新的机遇和挑战。
Cu-Cu混合键合是一种创新的无凸点键合方法，利用铜金属间的直接键合，无需凸点或中介层。通过表面处理和热压键合技术，实现铜金属间的稳定连接。与传统凸点键合相比，Cu-Cu混合键合简化了制造工艺，降低了成本，提高了封装密度。此外，它提供了更稳定的电气连接和优越的热传导性能。例如，三星手机采用该技术实现了高带宽存储器（HBM），带来更大的I/O、带宽和3D垂直堆叠能力，同时提高了功率效率和降低了热阻。尽管制造难度和成本较高，但Cu-Cu混合键合技术仍展现出巨大的应用潜力。
先进半导体封装技术趋势谁来驱动？
先进半导体封装技术相比单片IC，有助于加速产品上市并降低成本。同时，先进互连技术为集成电路提供了低功耗、低延迟和高带宽的连接，提升了系统性能并提高了良率。在HPC芯片集成方面，先进封装技术如2.5D封装和3D堆叠SRAM为处理器-内存差异提供了解决方案，满足了更高的带宽需求，并推动了Al训练HPC的发展。这些技术为半导体行业带来了新的机遇和挑战。
HPC先进封装通过短互连长度实现超高带宽，但面临硅通孔（TSV）占位面积大和高散热问题。解决方案包括利用TSV进行3D堆叠减少逻辑IC的I/O数量，以及开发2.5D封装技术有效散热。此外，数据中心服务器加速器如GPU小芯片封装和FPGA小芯片集成也推动了先进封装的发展。预计到2034年，相关封装单元的出货量将大幅增长。这些解决方案和趋势展示了先进封装技术的潜力和挑战。
半导体封测展浅谈先进封装的未来挑战
未来先进封装技术面临多项挑战，其中之一是新技术如玻璃封装的制造和标准化问题。尽管玻璃基板具有耐高温、透光性好等优势，但其平整度问题以及材料、工艺、设备、测试和可靠性等方面的标准化问题亟待解决。另外，CPO技术作为一种将光模块和电芯片封装在一起的技术，也面临成本挑战，特别是随着带宽需求的增长，光纤和插座成本不断上升。
为解决这些挑战，需要开发生态系统，优化光学元件设计，并加强产业链合作，提高光纤制造的吞吐量和产量，降低生产成本。半导体封测展小编觉得，这些努力将有助于推动先进封装技术的持续发展和创新，为半导体行业带来新的机遇和突破。
文章来源：半导体封测