堆疊封裝技術(shù)的類型解析

DDR作為一種內(nèi)存技術(shù)正朝著更高性能、更低功耗的方向發(fā)展。應(yīng)用前景廣闊，將對(duì)半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、汽車、新能源及各行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生影響巨大。

在相同技術(shù)下，除了提高存儲(chǔ)密度、水平方向增加芯片數(shù)量以外，一種多層存儲(chǔ)（3D堆疊）技術(shù)被大量優(yōu)化采用。

堆疊封裝可以在更小的空間內(nèi)提供更多的功能。堆疊封裝可以開發(fā)具有不同功能的多芯片封裝，或者將多個(gè)存儲(chǔ)芯片放在一個(gè)容量增加的封裝中。

堆疊封裝根據(jù)不同的開發(fā)技術(shù)分為三種類型：

PiP（Package In Package）封裝

引線鍵合（Wire Bonding）封裝

硅穿孔（TSV）封裝；

堆疊封裝工藝優(yōu)點(diǎn)

封裝體的尺寸小，質(zhì)量輕；

頂層封裝模塊和底層封裝模塊的電子元件可以在組裝前進(jìn)行測試并替換，使得瑕疵率大大降低、良品比率升高，成本也大度下降；

在采取垂直互連的方式對(duì)上層和下層進(jìn)行連接，大大的減小了引線長度，減少了寄生電容、寄生電感，電源損耗減小，信號(hào)的傳輸速度更快;

模塊中的存儲(chǔ)芯片和邏輯芯片可以由不同的商家提供，使產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)問縮短，效率提高。

PiP（Package In Package）封裝

一般稱堆疊封裝又稱封裝內(nèi)的封裝，還稱器件內(nèi)置器件，是在同一個(gè)封裝腔體內(nèi)堆疊多個(gè)芯片形成3D 封裝的一種技術(shù)方案。封裝內(nèi)芯片通過金線鍵合堆疊到基板上，同樣的堆疊，通過金線再將兩個(gè)堆疊之間的基板鍵合，然后整個(gè)封裝成一個(gè)元件便是PiP（器件內(nèi)置器件）。

PiP技術(shù)整合了PCB基板組裝及半導(dǎo)體封裝制作流程，可以將小型存儲(chǔ)卡所需要的零部件（控制器、閃存集成電路、基礎(chǔ)材質(zhì)、無源計(jì)算組件）直接封裝，制成功能完整的Flash存儲(chǔ)卡產(chǎn)品。PiP一體化封裝技術(shù)具有下列技術(shù)優(yōu)勢：超大容量、高讀寫速度、堅(jiān)固耐用、強(qiáng)防水、防靜電、耐高溫等，因此常運(yùn)用于SD卡、XD卡、MM卡等系列數(shù)碼存儲(chǔ)卡上。

技術(shù)優(yōu)勢

外形高度較低；

可以采用標(biāo)準(zhǔn)的SMT電路板裝配工藝；

單個(gè)器件的裝配成本較低。

PiP封裝結(jié)構(gòu)

引線鍵合（Wire Bonding）封裝

引線鍵合是一種將金屬引線連接到焊盤上的技術(shù)，用于連接內(nèi)部和外部芯片的方法。在結(jié)構(gòu)上，金屬引線在芯片的焊盤（一次鍵合）和載體的焊盤（二次鍵合）之間起到橋梁的作用。在早期，引線框架（lead frame）被用作載體基板，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，如今越來越多地使用PCB作為基板。連接兩個(gè)獨(dú)立焊盤的引線鍵合涉及引線的材料、鍵合條件、鍵合位置（不僅連接芯片和基板，還可能連接兩個(gè)芯片或兩個(gè)基板）等方面的顯著差異。

引線鍵合的結(jié)構(gòu)（載體為印刷電路板（PCB）時(shí)）

技術(shù)優(yōu)勢

靈活性高：線鍵合堆疊封裝允許在單個(gè)封裝內(nèi)集成不同功能和工藝的芯片，具有較高的設(shè)計(jì)靈活性。

適應(yīng)性強(qiáng)：該技術(shù)能夠適應(yīng)不同尺寸和形狀的芯片堆疊需求，為定制化設(shè)計(jì)提供了可能。

成本可控：與垂直堆疊封裝相比，線鍵合堆疊封裝的制造成本相對(duì)較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

硅穿孔（TSV）封裝

TSV是一種芯片堆疊技術(shù)，通過在硅上鉆孔來連接電路。TSV不是使用傳統(tǒng)的布線方法連接芯片到芯片或芯片到襯底，而是通過在芯片上鉆孔并填充導(dǎo)電材料(如金屬)來垂直連接芯片。雖然在與TSV堆疊時(shí)使用芯片級(jí)工藝，但在芯片正面和背面形成TSV和焊接凸起時(shí)使用晶圓級(jí)工藝。因此，TSV被歸類為晶圓級(jí)封裝技術(shù)。

使用TSV封裝的主要優(yōu)點(diǎn)是高水平的性能和更小的封裝尺寸。如上圖所示，采用線鍵合的芯片堆疊封裝在每個(gè)堆疊芯片的側(cè)面都有導(dǎo)線連接。由于堆疊的芯片和連接的引腳越來越多，布線變得越來越復(fù)雜，需要更多的空間來連接它們。相比之下，采用TSV的芯片堆棧不需要復(fù)雜的布線，因此可以減小封裝尺寸。

TSV具有短的電信號(hào)傳輸路徑,這賦予TSV封裝強(qiáng)大的電氣性能。相反，如果使用線鍵合，信號(hào)傳輸路徑會(huì)變得更長，因?yàn)樾盘?hào)在到達(dá)芯片之前必須先到達(dá)基板，而且還不能在芯片中心進(jìn)行布線連接。相比之下，TSV封裝允許在芯片中心鉆孔，并且可以顯著增加引腳的數(shù)量。

目前量產(chǎn)的將TSV應(yīng)用于DRAM的存儲(chǔ)器產(chǎn)品包括HBM和3D堆疊存儲(chǔ)器(3DS)。前者用于圖形、網(wǎng)絡(luò)和高性能計(jì)算(HPC)應(yīng)用，而后者主要用作DRAM內(nèi)存模塊。

技術(shù)優(yōu)勢

高性能：TSV技術(shù)能夠大幅縮短信號(hào)路徑，降低信號(hào)傳輸?shù)难舆t和功耗，提升系統(tǒng)性能。

小型化：通過垂直堆疊和TSV互連，可以顯著減小封裝尺寸和重量，滿足電子產(chǎn)品小型化、輕量化的需求。

高集成度：TSV技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多層芯片堆疊和高度集成的封裝結(jié)構(gòu)，提高芯片的集成密度和系統(tǒng)功能。

綜上所述，DDR芯片的堆疊封裝工藝技術(shù)作為一種先進(jìn)的封裝方式，在提升內(nèi)存性能、集成度及降低功耗方面具有重要意義。雖然堆疊封裝技術(shù)面臨技術(shù)成熟度、成本問題和標(biāo)準(zhǔn)化等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的不斷增長，其應(yīng)用前景依然廣闊。未來，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步和封裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新，堆疊封裝技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)電子產(chǎn)品的性能和功能不斷提升。