重申先進封裝的“三個新特點”

以下文章來源于SiP與先進封裝技術 ，作者Suny Li

 引 子  

首先，先進封裝是一個相對的概念，今天的先進封裝在未來可能成為傳統(tǒng)封裝。

今天，先進封裝通常是指Fan-In，F(xiàn)an-Out，2.5D，3D 四大類封裝形式，展開以后種類就比較多了，大約有幾十種，可分為基于XY平面延伸的先進封裝技術和基于Z軸延伸的先進封裝技術，詳細可參看：“先進封裝”一文打盡

在前面的文章中，我們提到了SiP的三個新特點，因為先進封裝和SiP的高度重合性，這篇文章里，我們從先進封裝的角度重新解讀一下這具有重大意義的“三個新特點”。

    傳 統(tǒng) 封 裝  

1947年，隨著晶體管的發(fā)明，人類迎接信息時代的到來，電子封裝也同時出現(xiàn)了，在主角耀眼的光環(huán)下，配角只能默然無聲。

晶體管的發(fā)明舉世矚目，并于9年后獲得1956年諾貝爾物理學獎，而電子封裝是誰發(fā)明的至今都難以追溯！

傳統(tǒng)封裝的功能主要有三點：芯片保護、尺度放大、電氣連接，并且在長達70多年的時間里始終充當配角，默默地為芯片服務。

芯片保護  Chip protection 

因為芯片本身比較脆弱，沒有封裝的保護，很容易損壞，連細小的灰塵和水汽都會破壞它們的功能，因此需要封裝進行保護。

尺度放大  Scale Expansion 

因為芯片本身都很小，其內部的連接更加微小，通過封裝后進行尺度放大，便于后續(xù)PCB板級系統(tǒng)使用。

電氣連接  Electric Connection 

無論芯片內部多么復雜和精密，總是需要和外界進行通訊的，通過封裝，芯片和外界電氣連接，進行信息交換。

從1947年誕生至今，電子封裝對整個電子系統(tǒng)的發(fā)展起了重要且不可或缺的作用，雖然一直在幕后充當配角，但始終持志不渝地陪伴著芯片，支撐著芯片，保護著芯片，一起見證著摩爾定律所帶來的偉大時代！

今天，為什么當了幾十年配角的電子封裝會從幕后走向臺前，成為業(yè)界矚目的焦點？

從下面的文字中，你或許能找到最終的答案。

    先 進 封 裝  

電子產(chǎn)品之所以能為人類服務，并不在于其采用多么先進的工藝，而在于其功能(Function) 是否滿足人們的需要，因此，能否影響設備的功能則是判斷其重要性的關鍵依據(jù)。

在傳統(tǒng)封裝時代，由于上面提到的傳統(tǒng)封裝的三個功能特點，封裝本身并不會使芯片的功能產(chǎn)生任何變化。然而，到了先進封裝和SiP時代，這種情況發(fā)生了重大的改變！

什么樣的重大改變呢？我們就需要了解先進封裝的三個新特點。

提升功能密度  (Increase Function Density) 

功能密度是指單位體積內包含的功能單位的數(shù)量，從SiP到先進封裝，最鮮明的特點就是系統(tǒng)功能密度的提升。（關于功能密度的詳細解釋，可參考電子工業(yè)出版社新書《基于SiP技術的微系統(tǒng)》第1章的內容）

通過下圖，我們就能直觀地理解功能密度的含義，下圖為應用在航天器中的大容量存儲器，左側為進口的傳統(tǒng)存儲器，右側為國內新研發(fā)的存儲器，實現(xiàn)完全相同的功能，新存儲器的體積只有傳統(tǒng)存儲器的1/4，因此，其功能密度為傳統(tǒng)存儲器的4倍。（關于新存儲器的研發(fā)流程，可參考新書《基于SiP技術的微系統(tǒng)》第22章的內容）

功能密度（Function Density)，是一個相對寬泛的概念，在存儲器中，可理解為存儲密度，并且在其他類型器件中，也同樣適用。

縮短互聯(lián)長度  (Shorten Interconnection Length) 

在傳統(tǒng)封裝中，芯片之間的互聯(lián)需要跨過封裝外殼和引腳，常常會達到數(shù)十毫米甚至更長，如此長的互聯(lián)會造成較大的延遲，嚴重影響系統(tǒng)的性能，并且將過多的功耗消耗在了傳輸路徑上。

先進封裝將芯片之間的電氣互聯(lián)長度從毫米級（mm）縮短到了微米級（um）?；ヂ?lián)長度的縮短，帶來的好處就是性能提升，功耗降低。

這一點，通過HMB和DDRx的比較大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超過了3倍，但功耗卻降低了50%。

進行系統(tǒng)重構  (Execute System Restruction) 

重點來了，系統(tǒng)重構才是先進封裝從幕后走向臺前的重要推手。

系統(tǒng)重構只發(fā)生在系統(tǒng)的多個元素之間。只要是多個芯片，并且之間進行了互聯(lián)，就會產(chǎn)生功能的改變，我們稱之為系統(tǒng)重構。

傳統(tǒng)封裝時代，電子系統(tǒng)的構建多是在芯片級（SoC）或者是在板級（PCB）進行，先進封裝時代，在一個封裝內構建系統(tǒng)并進行優(yōu)化，我們稱之為封裝級系統(tǒng)重構，Chiplet技術、異構集成技術就是封裝級系統(tǒng)重構的典型代表。

    總 結  

先進封裝屬于電子封裝，因此傳統(tǒng)封裝的三個功能先進封裝也都具備，此外，相對于傳統(tǒng)封裝，先進封裝又增加了三個新的特點：提升功能密度，縮短互聯(lián)長度，進行系統(tǒng)重構。

這三個新特點給先進封裝帶來的優(yōu)勢就是：提升系統(tǒng)性能，降低整體功耗！

當今，先進封裝已經(jīng)成為的行業(yè)熱點，芯片大佬們如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD紛紛入局，推出自己的先進封裝技術，面對此情此景，傳統(tǒng)的封測廠OSAT會不會有些瑟瑟發(fā)抖呢？

有一句網(wǎng)絡流行語：“走自己的路，讓別人無路可走！” 今天我們拿來改造一下：“當別人無路可走的時候，建議他們走這條路！”

雖然時代的發(fā)展還遠沒到這一步，但從目前來看，隨著芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的時候，封裝內集成（先進封裝和SiP）這條路目前顯得更寬一些而已！

當主角的光環(huán)已經(jīng)逐漸暗淡，是不是該配角上場了？是的，當主角的光環(huán)漸漸褪盡，配角有一天也會成為主角！

芯片對封裝說：去吧，親愛的，該你上臺了！

封裝對芯片說：70多年的默默陪伴，我終于從幕后走向了臺前，并且，我們還會一起走下去，因為我始終是你的保護者和堅實的后盾！

合：走吧，我們一起！