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先进的半导体封装的概述

作者节奏PCB解决方案

土地阵列

30 - 40年前,半导体封装缺乏一定的优雅。年轻工程师熟悉他们使用的底包在实验室类,但风格曾用于大多数组件的标准包装。一旦SMD包装成为主流,和标准的装配流程能够提供所需的质量和产量,半导体封装SMD组件不断创新,一直持续到今天。

先进的半导体集中各种包装方法扩展功能,并甚至在模块化芯片包装设计的方向。结合先进的半导体处理能力,现代芯片封装也包更多的功能通过构建芯片在三维空间成更小的空间。

类型的先进半导体封装

今天,包装有很多品种,从传统的单模拉芯片或flipchip wirebonding到先进的产品集成多个芯片模块化的方式。设计工具来建立一个各种各样的包装结构在过去的三十年里,但这些最近才大规模使用先进的asic设计的处理器,和高度集成的soc /口。

除了市场压力包更多的功能分解成更小的设备,这一趋势受到异构集成的概念。IEEE中概述的概念甚至电子产品包装协会(EPS)异构集成路线图。在这种包装方法,设计师把多个组件,这可能是由不同的供应商提供,并结合成一个单一的包的衬底和互连结构。

插入器+衬底

基本块,使先进的包装可能是插入器。这些薄底物提供了一个基础,个人死亡将被放置,以及小互联附着基质的主要包装。插入器中使用这些高级包是由三种可能的材料:

  • 硅,它使用在矽通过(tsv)形成连接包底物
  • 有机材料,有时也被称为有机再分配层(RDL)
  • 玻璃,已成为理想的最新的一些先进的产品

硅插入器

虽然玻璃是非常有用的对于宽带混合集成产品操作以非常高的频率(约100 GHz),硅作为插入器有一个额外的好处。硅插入器可以积极的,这意味着他们是设备结构的一部分,可以包含插入器电路。

如果你仔细想想,一个作为PCB插入器执行类似的功能。即使插入器平面印刷电路板,它使用垂直互联层之间,大多数PCB和集成电路设计工具都不能执行必要的设计和分析任务需要构建插入器。

Flipchips 2.5 d集成和3 d集成

2.5 d集成,后来3 d集成,源于渴望减少集成包装尺寸。这始于flipchips(见以下概念形象),底物直接相连或wirebonding。让flipchip包规模较小的尺寸需要并排放置模具(2.5 d集成),或以及对方(3 d集成),这样可以减少整体包大小。

这种包装也集成了多个模具或chiplets之上的底物在2 d或3 d +插入器结构。在2.5 d,整体结构构建垂直,但死/ chiplets不是垂直叠放。在3 d中,我们可以有相同的基质+插入器,但死亡可能堆放在3 d组。下面的图形比较了这些包装类型。

异构集成

左:Flipchip包装的概念。中心:2.5 d集成在一个插入器。正确的:三维集成在一个插入器。

插入器扮演两个重要角色在2.5 d和3 d集成包:

  1. 所有东西装进一个插入器+基质系统互联的身体变小。这意味着更低的寄生和数据传输速度高有更好的信号完整性。
  2. 插入器可以减少信号的数量,需要离开这个包只是因为更多的重要支持内置组件包。这就意味着这些系统的布局可以简化,根据组件是如何设计的。

这些因素并不总是简化设计程序集的过程与先进的包装。相反,它的这种复杂性转移到了包装设计师。根据可用I / o的数量的组件,BGA或LGA足迹这些包仍然可以非常大的罚款。标准的一组最佳实践将和路由到小袋/地方政府仍将需要实现PCB布局。

Package-on-Package(流行)

package-on-package(流行)的概念类似于一组叠小袋。多个包构造与BGA足迹和连续垂直叠放在基质层。在理论上,这使得现有的包直接集成在另一个包中,类似于叠加多个多氯联苯在彼此之上。球阵列的最低水平焊接PCB和提供的剩余部分包。

Package-on-package结构

Package-on-package概念

System-in-Package (SIP)

这是更少的具体包装结构的设计方法或类型的包装设计。所有systems-in-package (sip)遵循一个特定的设计理念:包试图尽可能多的组件,以便集成包包含整个系统,通常被设计为一个特定的应用程序。

下列元素可以出现在啜饮高级组件:

  • 记忆,包括高带宽内存
  • 射频或模拟接口
  • 电源管理模块
  • 一个或多个处理核心
  • 专业DSP模块为特定的应用程序

一些新组件被设计成小口或soc与先进的可重构逻辑意义的FPGA实现协处理器包。这给组件设计师重要的灵活性调整一个SIP终端产品,也为后来重构性一旦创建一个警告产品部署。

系统包

最后,还有有时芯片系统(SoC)之间的区别和SIP。SoC仍然是一个SIP,但它只存在作为一个单一的芯片,这可能不是作为一个插入器设计。出于这个原因,你可能会看到一些SoC产品放置在传统包装或包装插入器和衬底集成。口也提供集成出类拔萃,但他们实现集成多个组件上面列出的类型。

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