![]()
随着摩尔定律发展趋缓，先进封装越来越成为延续和拓展摩尔定律的重要手段；同时，在集成电路应用的多元化发展趋势下，满足系统微型化、多功能化的先进封装技术成为产业发展的新的引擎。在人工智能、自动驾驶、5G网络、物联网等新兴产业的加持下，三维（3D）集成先进封装的需求越来越强烈，技术发展迅猛。
先进封装发展背景
封装技术伴随集成电路发明应运而生，主要功能是完成电源分配、信号分配、散热和保护。伴随着芯片技术的发展，封装技术不断革新。封装互连密度不断提高，封装厚度不断减小，三维封装、系统封装手段不断演进。随着集成电路应用多元化，智能手机、物联网、汽车电子、高性能计算、5G、人工智能等新兴领域对先进封装提出更高要求，封装技术发展迅速，创新技术不断出现。
60年来，由于集成电路技术按照摩尔定律飞速发展，封装技术跟随发展。进入2010年后，高性能芯片需要高性能封装技术。中道封装技术崭露头角，例如晶圆级封装（WLP，Wafer Level Package）、硅通孔技术（TSV，Through Silicon Via）、2.5D Interposer、3DIC、Fan-Out 等技术的产业化，极大地提升了先进封装技术水平。
当前，随着摩尔定律趋缓，封装技术重要性凸显，成为电子产品小型化、多功能化、降低功耗，提高带宽的重要手段。先进封装向着超高密度、三维堆叠、高带宽、系统集成方向发展。
![]()
先进封装技术平台与工艺
上图（先进封装技术平台与工艺）展示了当前主流的先进封装技术平台，包括Flip-Chip、WLCSP、Fan-Out、Embedded IC、3D WLCSP、3D IC、2.5D interposer等七个重要技术。其中绝大部分和晶圆级封装技术相关。支撑这些平台技术的主要工艺包括微凸点、再布线、植球、C2W、W2W、拆键合、TSV工艺等。先进封装技术本身不断创新发展，以应对更加复杂的三维集成需求。当前，高密度TSV技术/Fan-Out扇出技术由于其灵活、高密度、适于系统集成，而成为目前先进封装的核心技术。
封装技术的发展得益于互连技术的演进和加工精度的显著提高。目前三种主要用于集成电路（IC）芯片封装的互连技术分别为：引线键合技术（Wire Bond，WB）、倒装芯片技术（Flip Chip，FC）和硅通孔技术（Through Silicon Via，TSV）。由于现代微电子晶圆级加工能力的大幅度提升，晶圆级封装的布线能力已达到微米量级。从线宽互连能力上看，过去50年，封装技术从1000µm提高到1µm，甚至亚微米，提高了1000倍。微凸点互连节距也从几百微米，发展到当前3D IC 的40µm节距，很快将发展到5µm以下节距无凸点互连。
![]()
主要封装技术发展
![]()
三维封装技术发展
一、2.5D封装技术
1、台积电CoWoS
为解决有机基板布线密度不足的问题，带有TSV垂直互连通孔和高密度金属布线的硅基板应运而生。连接硅晶圆两面并与硅基体和其他通孔绝缘的电互连结构，采用TSV集成，可以提高系统集成密度，方便实现系统级的异质集成。
带有TSV的硅基无源平台被称作TSV转接板（Interposer），应用TSV转接板的封装结构称为2.5D Interposer。在2.5D Interposer封装中，若干个芯片并排排列在Interposer上，通过Interposer上的TSV结构、再分布层（Redistribution Layer，RDL）、微凸点（Bump）等，实现芯片与芯片、芯片与封装基板间更高密度的互连。其特征是正面有多层细节距再布线层，细节距微凸点，主流TSV深宽比达到10:1，厚度约为100µm。
台积电2008年底成立集成互连与封装技术整合部门，2009年开始战略布局三维集成电路（3D IC）系统整合平台。2010年开始2.5D Interposer的研发，2011年推出2.5D Interposer技术CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）。第一代CoWoS采用65纳米工艺，线宽可以达到0.25µm，实现4层布线，为FPGA、GPU等高性能产品的集成提供解决方案。
第一个采用CoWoS封装的产品是2012年赛灵思（Xilinx）推出“Virtex-7 2000T FPGA”的FPGA产品；2013年阿尔特拉（Altera）开始推出采用CoWoS封装的全球首颗3D架构多芯片技术的三维集成电路（Heterogeneous 3DIC）测试晶片；2015年海思推出鲲鹏Hi1610也采用了CoWoS封装；2015年赛灵思 XCVU440。到2015年台积电的CoWoS只有赛灵思、阿尔特拉和海思三个客户。原因是成本太过高昂。
AI的出现让CoWoS新客户大量出现，2016年英伟达推出首款采用CoWoS封装的绘图芯片TESLA GP100，为全球AI热潮拉开序幕；2017年，Google在AlphaGo中使用的TPU 2.0也采用CoWoS封装。
其他采用CoWoS封装的产品还有2017年博通7纳米IP平台;2017年NEC矢量引擎处理器Aurora；2017年英伟达的绘图芯片TESLA GV100；2017年英特尔Nervana；2018年富士通A64FX等；2019年NEC矢量引擎处理器SX-Aurora。目前，采用CoWoS封装的产品已经接近70个。
CoWoS封装经过多次迭代，性能越来越优越。
