先進封裝讓芯片設計更加自由
自從 IBM 和摩托羅拉在 1980 年代推出第一個 BGA 封裝以來，半導體行業一直在不斷創新新型先進封裝，霍爾元件 的封裝工藝也在不斷的進步。先進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行。為了促進這種類型的功能封裝，業界開發了多種類型的半導體封裝設計，可以持續集成各種功能。
在異構(gou)集成(cheng)(cheng)概(gai)(gai)念的推(tui)動(dong)下，將更多功能集成(cheng)(cheng)到更小(xiao)的設備中確實存在市場(chang)壓力。IEEE 電子封裝協會 (EPS) 的異構(gou)集成(cheng)(cheng)路線圖概(gai)(gai)述了由先進(jin)封裝促進(jin)的持續集成(cheng)(cheng)的長期愿景。在本文中，我們將概(gai)(gai)述推(tui)動(dong)異構(gou)集成(cheng)(cheng)的封裝選項(xiang)，以及對工程師(shi)的影(ying)響。
半導體封裝(zhuang)(zhuang)有很(hen)多(duo)(duo)種。大多(duo)(duo)數(shu)設計(ji)人員都(dou)熟悉標(biao)準(zhun)的(de)單芯片芯片或(huo)帶引(yin)線(xian)鍵合的(de)倒(dao)裝(zhuang)(zhuang)芯片，它(ta)們(men)用(yong)于許多(duo)(duo)封裝(zhuang)(zhuang)（如 SOIC）或(huo)無引(yin)線(xian)封裝(zhuang)(zhuang)（如 QFN）。這些標(biao)準(zhun)包裝(zhuang)(zhuang)風(feng)格不會(hui)很(hen)快消失，因(yin)為電(dian)子設計(ji)和(he)制(zhi)造行業已(yi)經如此依(yi)賴它(ta)們(men)。
高級(ji)封裝(zhuang)(zhuang)采用(yong)了另(ling)一(yi)種(zhong)方法，其中(zhong)(zhong)裸(luo)片使用(yong)基板加(jia)中(zhong)(zhong)介層結構(gou)連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)在一(yi)起。使先進(jin)的半導(dao)(dao)體封裝(zhuang)(zhuang)變得可行和經濟的基礎(chu)是中(zhong)(zhong)介層。這些薄基板是組裝(zhuang)(zhuang)具(ju)有不同(tong)功能的半導(dao)(dao)體管(guan)芯的基礎(chu)。然(ran)后每(mei)個管(guan)芯通過小(xiao)互(hu)連(lian)(lian)(lian)連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)，最終連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)到封裝(zhuang)(zhuang)基板和封裝(zhuang)(zhuang)底部的 BGA。
如果您(nin)(nin)正在(zai)設(she)(she)計(ji)PCB，除非您(nin)(nin)知道要(yao)尋(xun)找什么，否則您(nin)(nin)可(ke)能不(bu)知道您(nin)(nin)正在(zai)處理(li)其中(zhong)一(yi)個(ge)封裝(zhuang)。在(zai)安裝(zhuang)和組裝(zhuang)方面，這些(xie)組件高度標(biao)準化(hua)，PCB 設(she)(she)計(ji)人員(yuan)非常了解布局(ju)和布線的(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)實踐。這些(xie)封裝(zhuang)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)優點(dian)包(bao)括它(ta)們在(zai)單個(ge)組件中(zhong)啟用的(de)(de)(de)功能的(de)(de)(de)多樣(yang)性，以及(ji)高級組件的(de)(de)(de)整(zheng)體小型化(hua)。
迄今為止，這(zhe)些先進(jin)的(de)封裝(zhuang)(zhuang)選(xuan)項推動了(le)將多種功(gong)能更多地集成(cheng)(cheng)到單(dan)個封裝(zhuang)(zhuang)中。最終結果是無處不在的(de)片(pian)上系統(tong) (SoC) 或 SiP，其中包括通用(yong)芯片(pian)上的(de)特定應用(yong)加(jia)速器(qi)(qi)塊(kuai)(kuai)。來自(zi)主要半導體供應商和(he)初創公司(si)的(de)一些最新產品包括，例如(ru)，FPGA 切片(pian)或 AI 加(jia)速器(qi)(qi)模塊(kuai)(kuai)以及標準 MCU 架構。在封裝(zhuang)(zhuang)級別成(cheng)(cheng)功(gong)集成(cheng)(cheng)這(zhe)些功(gong)能的(de)能力更有可能改(gai)變公司(si)設計和(he)構建組件的(de)方式。
可(ke)能(neng)由先進封裝(zhuang)(zhuang)選項驅動的(de)(de)最有趣的(de)(de)轉變是芯(xin)片設(she)計(ji)的(de)(de)民主化。PCB 設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師精通標準組件(jian)的(de)(de)布局和(he)封裝(zhuang)(zhuang)，經(jing)過檢查，很明顯，許(xu)多相同的(de)(de)技能(neng)也適用(yong)于 2.5D 和(he) 3D 集(ji)成電(dian)路的(de)(de)封裝(zhuang)(zhuang)設(she)計(ji)。這些(xie)應用(yong)程(cheng)序中使(shi)用(yong)的(de)(de)設(she)計(ji)軟件(jian)仍(reng)然需要(yao)一些(xie)生產力提(ti)升(sheng)，但工(gong)作流程(cheng)仍(reng)將反映 PCB 設(she)計(ji)中使(shi)用(yong)的(de)(de)工(gong)作流程(cheng)。
基(ji)本概念與PCB設計(ji)基(ji)本相同；布(bu)局(ju)工程(cheng)師構建中介層(ceng)基(ji)板(ban)，以在嵌(qian)入(ru)式組(zu)件和附(fu)加管(guan)芯上進行所(suo)(suo)需(xu)(xu)的(de)連接(jie)。版圖工程(cheng)師只需(xu)(xu)要獲得連接(jie)管(guan)芯和嵌(qian)入(ru)式組(zu)件的(de)引腳(jiao)分(fen)配。然(ran)后，他們使(shi)用 CAD 工具中的(de)布(bu)線引擎在中介層(ceng)和基(ji)板(ban)中建立所(suo)(suo)需(xu)(xu)的(de)連接(jie)，并(bing)最終設計(ji)將連接(jie)到 PCB 的(de) BGA 封裝。
也(ye)許是(shi)(shi)時(shi)候讓半導體行(xing)業發(fa)明一(yi)種(zhong)新的商業模(mo)式來(lai)支持這種(zhong)先進封裝(zhuang)方(fang)(fang)法(fa)了。當布局(ju)工程師(shi)可以為(wei)其新組件(jian)選(xuan)擇標準化裸(luo)片而不是(shi)(shi)位于 PCB 上的預封裝(zhuang)芯(xin)片時(shi)，這種(zhong)封裝(zhuang)設計方(fang)(fang)法(fa)將(jiang)(jiang)是(shi)(shi)可行(xing)的。時(shi)間會證明行(xing)業的創新者是(shi)(shi)否會加緊建(jian)(jian)立這個生態系統并創建(jian)(jian)大(da)規模(mo)生產這些組件(jian)所需的軟(ruan)件(jian)，但(dan)這會將(jiang)(jiang) PCB 設計人員的角色(se)擴展到一(yi)個新領(ling)域(yu)，使他(ta)們(men)能夠(gou)更(geng)好地(di)控制他(ta)們(men)生產的設備。
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