先進封裝工藝與Chiplet技術分析

先進封裝工藝的分類

定義

先進封裝技術通過高密度互連和異構集成，突破傳統封裝限制，實現多芯片協同工作。

關鍵分類與趨勢

1. 晶圓級封裝（WLP）

• FOWLP（扇出型）：無需傳統基板，成本低，適用于消費電子（如蘋果A系列芯片）。

• FOPLP（面板級）：更大面板尺寸，成本更低，但互連密度低于FOWLP。

• 趨勢：FOPLP在汽車電子中快速滲透（如特斯拉自動駕駛芯片）。

2. 2.5D封裝

• 硅中介層（Interposer）：通過TSV和RDL實現高帶寬互連（如臺積電CoWoS，用于英偉達H100 GPU）。

• EMIB（嵌入式多芯片互連橋）：Intel Lakefield處理器采用，集成10nm計算單元與22nm I/O模塊。

3. 3D封裝

• TSV（硅通孔）：垂直互連，堆疊密度最高（如三星HBM3）。

• SoIC（系統級集成芯片）：臺積電開發，支持10nm以下制程的晶圓級堆疊。

爭議點

• 成本與良率：3D封裝良率低于2.5D，但HBM等高帶寬需求場景仍需其支持。

• 標準化：不同廠商的封裝接口（如UCIe vs. CXL）尚未完全統一。

Chiplet技術的核心優勢

定義

Chiplet將大芯片拆分為多個小芯片（Die），通過先進封裝集成，實現性能與成本平衡。

關鍵優勢

1. 良率提升：小芯片面積減少，缺陷概率降低（如AMD Zen3拆分CCX與I/O Die）。

2. 異構集成：混合制程（如5nm計算單元+28nm射頻模塊），滿足差異化需求。

3. 設計復用：IP模塊化加速開發周期（如華為鯤鵬920復用ARM核）。

4. 成本優化：避免先進制程光罩成本（如7nm SoC vs. 多個55nm Chiplet）。

數據支持

• 良率提升：小芯片良率比大芯片高30%（Omdia數據）。

• 市場規模：2035年Chiplet市場規模預計達570億美元（CAGR 30%）。

Chiplet的挑戰與爭議

主要挑戰

1. 互連延遲：封裝級信號傳輸速度低于單片集成（如CoWoS的互連延遲比SoC高10%）。

2. 熱管理：多芯片堆疊導致熱阻增加（如AMD 3DV-Cache需優化散熱設計）。

3. 生態壁壘：IP授權、封裝標準（如UCIe）尚未完全開放，依賴頭部廠商主導。

爭議點

• 性能天花板：部分場景（如手機AP）仍需先進制程，Chiplet僅作為補充。

• 長期成本：封裝復雜度增加可能抵消制程成本優勢（如臺積電CoWoS單價超$1000）。

行業應用與案例

高性能計算（HPC）

• AMD Instinct MI300X：集成12個Chiplet（含HBM），算力密度超前代3倍。

• 英偉達H100：CoWoS封裝+HBM3，單芯片顯存帶寬達1.5TB/s。

移動與AI芯片

• 蘋果A16：FOWLP封裝+3nm制程，兼顧性能與輕薄化。

• 特斯拉Dojo D1芯片：7nm制程+2.5D封裝，支持EB級數據訓練。

推薦資源

1. 《先進封裝高密度互聯推動鍵合技術發展，國產設備持續突破》（東吳證券）

• 分析鍵合技術對Chiplet的影響，覆蓋國產設備進展。

2. AMD技術白皮書：3DV-Cache與Chiplet設計

• 實踐案例詳解，含性能測試數據。

3. 臺積電CoWoS技術文檔

• 2.5D封裝技術細節與HBM集成方案。

簡報

1. 技術分類：晶圓級（成本低）、2.5D（高帶寬）、3D（堆疊密度）封裝各有適用場景。

2. Chiplet優勢：良率提升30%、異構集成、開發周期縮短，但需權衡互連延遲與熱管理。

3. 生態挑戰：IP授權碎片化、封裝標準未統一，頭部廠商主導（如UCIe聯盟）。

4. 行業標桿：AMD MI300X（12 Chiplet）、英偉達H100（CoWoS+HBM3）定義HPC新標準。

5. 未來趨勢：先進封裝成本占比將超40%（Yole數據），國產設備（如長川科技）加速突破。

先進封裝芯片清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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