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(yè)一直在不斷創(chuàng)新新型先進封裝。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(yè)界開發(fā)了多種類型的半導體封裝設計，可以持續(xù)集成各種功能。

在異構集成概念的推動下，將更多功能集成到更小的設備中確實存在市場壓力。IEEE 電子封裝協(xié)會 (EPS) 的異構集成路線圖概述了由先進封裝促進的持續(xù)集成的長期愿景。在本文中，我們將概述推動異構集成的封裝選項，以及對工程師的影響。

先進封裝的種類

半導體封裝有很多種。大多數(shù)設計人員都熟悉標準的單芯片芯片或帶引線鍵合的倒裝芯片，它們用于許多封裝（如 SOIC）或無引線封裝（如 QFN）。這些標準包裝風格不會很快消失，因為電子設計和制造行業(yè)已經(jīng)如此依賴它們。

高級封裝采用了另一種方法，其中裸片使用基板加中介層結構連接在一起。使先進的半導體封裝變得可行和經(jīng)濟的基礎是中介層。這些薄基板是組裝具有不同功能的半導體管芯的基礎。然后每個管芯通過小互連連接，最終連接到封裝基板和封裝底部的 BGA。一個例子如下所示。

用于構建中介層的材料包括：

硅——這可能是用于在裸片之間建立互連的最常見的基板材料。

玻璃——這些中介層材料在先進產品中變得越來越受歡迎。

有機材料——這包括支持替代互連制造工藝的各種材料。

組件的類型及其排列（2.5D 與 3D）用于對不同類型的先進半導體封裝進行分類。下表總結了當前基于中介層的半導體封裝，以及一些定義特征和用例。

如果您正在設計PCB，除非您知道要尋找什么，否則您可能不知道您正在處理其中一個封裝。在安裝和組裝方面，這些組件高度標準化，PCB 設計人員非常了解布局和布線的設計實踐。這些封裝的主要優(yōu)點包括它們在單個組件中啟用的功能的多樣性，以及高級組件的整體小型化。

迄今為止，這些先進的封裝選項推動了將多種功能更多地集成到單個封裝中。最終結果是無處不在的片上系統(tǒng) (SoC) 或 SiP，其中包括通用芯片上的特定應用加速器塊。來自主要半導體供應商和初創(chuàng)公司的一些最新產品包括，例如，FPGA 切片或 AI 加速器模塊以及標準 MCU 架構。在封裝級別成功集成這些功能的能力更有可能改變公司設計和構建組件的方式。

示例封裝基板，其中 FPGA 處理器塊與存儲器集成在同一封裝中。資料來源：賽靈思

芯片設計民主化

可能由先進封裝選項驅動的最有趣的轉變是芯片設計的民主化。PCB 設計工程師精通標準組件的布局和封裝，經(jīng)過檢查，很明顯，許多相同的技能也適用于 2.5D 和 3D 集成電路的封裝設計。這些應用程序中使用的設計軟件仍然需要一些生產力提升，但工作流程仍將反映 PCB 設計中使用的工作流程。

基本概念與PCB設計基本相同；布局工程師構建中介層基板，以在嵌入式組件和附加管芯上進行所需的連接。版圖工程師只需要獲得連接管芯和嵌入式組件的引腳分配。然后，他們使用 CAD 工具中的布線引擎在中介層和基板中建立所需的連接，并最終設計將連接到 PCB 的 BGA 封裝。

也許是時候讓半導體行業(yè)發(fā)明一種新的商業(yè)模式來支持這種先進封裝方法了。當布局工程師可以為其新組件選擇標準化裸片而不是位于 PCB 上的預封裝芯片時，這種封裝設計方法將是可行的。時間會證明行業(yè)的創(chuàng)新者是否會加緊建立這個生態(tài)系統(tǒng)并創(chuàng)建大規(guī)模生產這些組件所需的軟件，但這會將 PCB 設計人員的角色擴展到一個新領域，使他們能夠更好地控制他們生產的設備。

審核編輯 ：李倩