概述推动异构集成的封装选项，以及对工程师的影响

自从 IBM 和摩托罗拉在 1980 年代推出第一个 BGA 封装以来，半导体行业一直在不断创新新型先进封装。先进封装的主要潜在趋势是将更多功能和电路块集成或封装到更小的空间中，所有这些都以更快的速度运行。为了促进这种类型的功能封装，业界开发了多种类型的半导体封装设计，可以持续集成各种功能。

在异构集成概念的推动下，将更多功能集成到更小的设备中确实存在市场压力。IEEE 电子封装协会 (EPS) 的异构集成路线图概述了由先进封装促进的持续集成的长期愿景。在本文中，我们将概述推动异构集成的封装选项，以及对工程师的影响。

先进封装的种类

半导体封装有很多种。大多数设计人员都熟悉标准的单芯片芯片或带引线键合的倒装芯片，它们用于许多封装（如 SOIC）或无引线封装（如 QFN）。这些标准包装风格不会很快消失，因为电子设计和制造行业已经如此依赖它们。

高级封装采用了另一种方法，其中裸片使用基板加中介层结构连接在一起。使先进的半导体封装变得可行和经济的基础是中介层。这些薄基板是组装具有不同功能的半导体管芯的基础。然后每个管芯通过小互连连接，最终连接到封装基板和封装底部的 BGA。一个例子如下所示。

用于构建中介层的材料包括：

硅——这可能是用于在裸片之间建立互连的最常见的基板材料。

玻璃——这些中介层材料在先进产品中变得越来越受欢迎。

有机材料——这包括支持替代互连制造工艺的各种材料。

组件的类型及其排列（2.5D 与 3D）用于对不同类型的先进半导体封装进行分类。下表总结了当前基于中介层的半导体封装，以及一些定义特征和用例。

如果您正在设计PCB，除非您知道要寻找什么，否则您可能不知道您正在处理其中一个封装。在安装和组装方面，这些组件高度标准化，PCB 设计人员非常了解布局和布线的设计实践。这些封装的主要优点包括它们在单个组件中启用的功能的多样性，以及高级组件的整体小型化。

迄今为止，这些先进的封装选项推动了将多种功能更多地集成到单个封装中。最终结果是无处不在的片上系统 (SoC) 或 SiP，其中包括通用芯片上的特定应用加速器块。来自主要半导体供应商和初创公司的一些最新产品包括，例如，FPGA 切片或 AI 加速器模块以及标准 MCU 架构。在封装级别成功集成这些功能的能力更有可能改变公司设计和构建组件的方式。

示例封装基板，其中 FPGA 处理器块与存储器集成在同一封装中。资料来源：赛灵思

芯片设计民主化

可能由先进封装选项驱动的最有趣的转变是芯片设计的民主化。PCB 设计工程师精通标准组件的布局和封装，经过检查，很明显，许多相同的技能也适用于 2.5D 和 3D 集成电路的封装设计。这些应用程序中使用的设计软件仍然需要一些生产力提升，但工作流程仍将反映 PCB 设计中使用的工作流程。

基本概念与PCB设计基本相同；布局工程师构建中介层基板，以在嵌入式组件和附加管芯上进行所需的连接。版图工程师只需要获得连接管芯和嵌入式组件的引脚分配。然后，他们使用 CAD 工具中的布线引擎在中介层和基板中建立所需的连接，并最终设计将连接到 PCB 的 BGA 封装。

也许是时候让半导体行业发明一种新的商业模式来支持这种先进封装方法了。当布局工程师可以为其新组件选择标准化裸片而不是位于 PCB 上的预封装芯片时，这种封装设计方法将是可行的。时间会证明行业的创新者是否会加紧建立这个生态系统并创建大规模生产这些组件所需的软件，但这会将 PCB 设计人员的角色扩展到一个新领域，使他们能够更好地控制他们生产的设备。

审核编辑 ：李倩