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淺談2D封裝,2.5D封裝,3D封裝各有什么區(qū)別?集成電路封裝技術(shù)從2D到3D的演進,是一場從平面鋪開到垂直堆疊、從延遲到高效、從低密度到超高集成的革命。以下是這三者的詳細分析:一、物理結(jié)構(gòu):從平面到立2D封裝代表了最傳統(tǒng)的形式。所有芯片和無源器件都并排平鋪在同一個基板(通常是PCB或陶瓷基板)的XY平面上。芯片通過四周的焊盤與基板連接,沒有任何堆疊概念,結(jié)構(gòu)簡單。2.5D封裝是向三維邁進的關(guān)鍵過渡。它的核心創(chuàng)新是引入了一個“中介層”。這個中介層(通常是一塊帶有硅通孔的硅片或有機材料)像一個微型的“中轉(zhuǎn)站”或“高密度互連橋梁”,被安裝在基板之上。芯片則被并排放置或輕微堆疊在這個中介層上,而非直接安裝在基板上。這使得部分芯片脫離了基板,懸于其上方。3D封裝則實現(xiàn)了真正的三維立體集成。它摒棄了中介層,將多個邏輯芯片或存儲芯片像蓋高樓一樣直接垂直堆疊在一起。芯片之間通過貫穿其內(nèi)部的硅通孔進行直接、最短路徑的連接,形成了最緊湊的立體結(jié)構(gòu)。二、電氣連接:從長路徑到垂直直連2D封裝主要依靠基板內(nèi)部的金屬布線和過孔進行水平方向的信號傳輸。芯片與基板的連接通常使用鍵合線,這是一種細小的金屬線,從芯片表面的焊盤連接到基板焊盤。這種路徑較長,引入的電阻和電感較大,導(dǎo)致信號延遲和功耗成為瓶頸。2.5D封裝的電氣性能實現(xiàn)了飛躍。它通過微凸點將芯片焊接到中介層上,再利用中介層內(nèi)部極其精細的高密度布線實現(xiàn)芯片間的互連。最后,信號通過中介層自身的硅通孔垂直傳導(dǎo)至下方的基板。中介層提供了遠超普通基板的布線密度和信號傳輸性能,顯著縮短了芯片間的互連距離,實現(xiàn)了高帶寬和低延遲。3D封裝將互連性能推向了極致。它通過TSV直接垂直穿透芯片本體,結(jié)合芯片之間的微凸點,實現(xiàn)了層與層之間的直接通信。這種方式的互連路徑是所有技術(shù)中最短的,帶來了極高的帶寬、極低的延遲和功耗,是真正意義上的“垂直直連”。三、集成度、性能與應(yīng)用場景2D封裝的集成度最低,受限于基板的面積和布線能力。但其技術(shù)最成熟、成本最低,是絕大多數(shù)傳統(tǒng)消費電子和簡單芯片(如MCU、電源管理芯片)的首選。2.5D封裝實現(xiàn)了較高的集成度和性能。它完美解決了將不同工藝、不同功能的芯片(如先進制程的CPU/GPU和專用存儲芯片HBM)高效集成在一起的問題。它廣泛應(yīng)用于對帶寬和性能有極致要求的領(lǐng)域,如高性能計算(HPC)、人工智能(AI)加速卡、高端FPGA等。臺積電的CoWoS和英特爾的EMIB都是其典型代表技術(shù)。3D封裝代表了集成度的頂峰。它最大限度地利用了三維空間,實現(xiàn)了極致的體積小型化和性能最大化。其主要挑戰(zhàn)在于技術(shù)難度極高、成本高昂,且需要解決由堆疊帶來的散熱和應(yīng)力問題。它主要應(yīng)用于高密度存儲器(如3DNANDFlash)

以及需要將邏輯芯片與存儲芯片進行最緊密集成的場景(如臺積電的SoIC、英特爾的Foveros),以滿足未來計算對超低延遲和超高能效的需求??偠灾@三種技術(shù)并非簡單的替代關(guān)系,而

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