重申先进封装的“三个新特点”
时间：2021-08-19 15:13:40
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[导读]关键字芯片保护，尺度放大，电气连接；提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构；提升系统性能，降低整体功耗 引子 首先，先进封装是一个相对的概念，今天的先进封装在未来可能成为传统封装。今天，先进封装通常是指Fan-In，Fan-Out，2.5D，3D四大类封装形式，展开以后种...
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芯片保护，尺度放大，电气连接；提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构；提升系统性能，降低整体功耗
引 子 首先，先进封装是一个相对的概念，今天的先进封装在未来可能成为传统封装。今天，先进封装通常是指Fan-In，Fan-Out，2.5D，3D 四大类封装形式，展开以后种类就比较多了，大约有几十种，可分为基于XY平面延伸的先进封装技术和基于Z轴延伸的先进封装技术，详细可参看：“先进封装”一文打尽
在前面的文章中，我们提到了SiP的三个新特点，因为先进封装和SiP的高度重合性，这篇文章里，我们从先进封装的角度重新解读一下这具有重大意义的“三个新特点”。
传 统 封 装 1947年，随着晶体管的发明，人类迎接信息时代的到来，电子封装也同时出现了，在主角耀眼的光环下，配角只能默然无声。晶体管的发明举世瞩目，并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖，而电子封装是谁发明的至今都难以追溯！传统封装的功能主要有三点：芯片保护、尺度放大、电气连接，并且在长达70多年的时间里始终充当配角，默默地为芯片服务。
芯片保护 Chip protection 因为芯片本身比较脆弱，没有封装的保护，很容易损坏，连细小的灰尘和水汽都会破坏它们的功能，因此需要封装进行保护。
尺度放大 Scale Expansion 因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。
电气连接 Electric Connection 无论芯片内部多么复杂和精密，总是需要和外界进行通讯的，通过封装，芯片和外界电气连接，进行信息交换。
从1947年诞生至今，电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用，虽然一直在幕后充当配角，但始终持志不渝地陪伴着芯片，支撑着芯片，保护着芯片，一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代！今天，为什么当了几十年配角的电子封装会从幕后走向台前，成为业界瞩目的焦点？从下面的文字中，你或许能找到最终的答案。
先 进 封 装 电子产品之所以能为人类服务，并不在于其采用多么先进的工艺，而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要，因此，能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。在传统封装时代，由于上面提到的传统封装的三个功能特点，封装本身并不会使芯片的功能产生任何变化。然而，到了先进封装和SiP时代，这种情况发生了重大的改变！
什么样的重大改变呢？我们就需要了解先进封装的三个新特点。
提升功能密度 (Increase Function Density) 功能密度是指单位体积内包含的功能单位的数量，从SiP到先进封装，最鲜明的特点就是系统功能密度的提升。（关于功能密度的详细解释，可参考电子工业出版社新书《基于SiP技术的微系统》第1章的内容）通过下图，我们就能直观地理解功能密度的含义，下图为应用在航天器中的大容量存储器，左侧为进口的传统存储器，右侧为国内新研发的存储器，实现完全相同的功能，新存储器的体积只有传统存储器的1/4，因此，其功能密度为传统存储器的4倍。（关于新存储器的研发流程，可参考新书《基于SiP技术的微系统》第22章的内容）功能密度（Function Density)，是一个相对宽泛的概念，在存储器中，可理解为存储密度，并且在其他类型器件中，也同样适用。
缩短互联长度 (Shorten Interconnection Length) 在传统封装中，芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚，常常会达到数十毫米甚至更长，如此长的互联会造成较大的延迟，严重影响系统的性能，并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。先进封装将芯片之间的电气互联长度从毫米级（mm）缩短到了微米级（um）。互联长度的缩短，带来的好处就是性能提升，功耗降低。这一点，通过HMB和DDRx的比较大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超过了3倍，但功耗却降低了50%。
进行系统重构 (Execute System Restruction) 重点来了，系统重构才是先进封装从幕后走向台前的重要推手。系统重构只发生在系统的多个元素之间。只要是多个芯片，并且之间进行了互联，就会产生功能的改变，我们称之为系统重构。传统封装时代，电子系统的构建多是在芯片级（SoC）或者是在板级（PCB）进行，先进封装时代，在一个封装内构建系统并进行优化，我们称之为封装级系统重构，Chiplet技术、异构集成技术就是封装级系统重构的典型代表。
总 结 先进封装属于电子封装，因此传统封装的三个功能先进封装也都具备，此外，相对于传统封装，先进封装又增加了三个新的特点：提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构。这三个新特点给先进封装带来的优势就是：提升系统性能，降低整体功耗！当今，先进封装已经成为的行业热点，芯片大佬们如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD纷纷入局，推出自己的先进封装技术，面对此情此景，传统的封测厂OSAT会不会有些瑟瑟发抖呢？
有一句网络流行语：“走自己的路，让别人无路可走！” 今天我们拿来改造一下：“当别人无路可走的时候，建议他们走这条路！”虽然时代的发展还远没到这一步，但从目前来看，随着芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的时候，封装内集成（先进封装和SiP）这条路目前显得更宽一些而已！当主角的光环已经逐渐暗淡，是不是该配角上场了？是的，当主角的光环渐渐褪尽，配角有一天也会成为主角！
芯片对封装说：去吧，亲爱的，该你上台了！封装对芯片说：70多年的默默陪伴，我终于从幕后走向了台前，并且，我们还会一起走下去，因为我始终是你的保护者和坚实的后盾！合：走吧，我们一起！
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芯片保护，尺度放大，电气连接；提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构；提升系统性能，降低整体功耗
引 子 首先，先进封装是一个相对的概念，今天的先进封装在未来可能成为传统封装。今天，先进封装通常是指Fan-In，Fan-Out，2.5D，3D 四大类封装形式，展开以后种类就比较多了，大约有几十种，可分为基于XY平面延伸的先进封装技术和基于Z轴延伸的先进封装技术，详细可参看：“先进封装”一文打尽
在前面的文章中，我们提到了SiP的三个新特点，因为先进封装和SiP的高度重合性，这篇文章里，我们从先进封装的角度重新解读一下这具有重大意义的“三个新特点”。传 统 封 装 1947年，随着晶体管的发明，人类迎接信息时代的到来，电子封装也同时出现了，在主角耀眼的光环下，配角只能默然无声。晶体管的发明举世瞩目，并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖，而电子封装是谁发明的至今都难以追溯！传统封装的功能主要有三点：芯片保护、尺度放大、电气连接，并且在长达70多年的时间里始终充当配角，默默地为芯片服务。
芯片保护 Chip protection 因为芯片本身比较脆弱，没有封装的保护，很容易损坏，连细小的灰尘和水汽都会破坏它们的功能，因此需要封装进行保护。
尺度放大 Scale Expansion 因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。
电气连接 Electric Connection 无论芯片内部多么复杂和精密，总是需要和外界进行通讯的，通过封装，芯片和外界电气连接，进行信息交换。
从1947年诞生至今，电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用，虽然一直在幕后充当配角，但始终持志不渝地陪伴着芯片，支撑着芯片，保护着芯片，一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代！今天，为什么当了几十年配角的电子封装会从幕后走向台前，成为业界瞩目的焦点？从下面的文字中，你或许能找到最终的答案。
先 进 封 装 电子产品之所以能为人类服务，并不在于其采用多么先进的工艺，而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要，因此，能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。在传统封装时代，由于上面提到的传统封装的三个功能特点，封装本身并不会使芯片的功能产生任何变化。然而，到了先进封装和SiP时代，这种情况发生了重大的改变！
什么样的重大改变呢？我们就需要了解先进封装的三个新特点。
提升功能密度 (Increase Function Density) 功能密度是指单位体积内包含的功能单位的数量，从SiP到先进封装，最鲜明的特点就是系统功能密度的提升。（关于功能密度的详细解释，可参考电子工业出版社新书《基于SiP技术的微系统》第1章的内容）通过下图，我们就能直观地理解功能密度的含义，下图为应用在航天器中的大容量存储器，左侧为进口的传统存储器，右侧为国内新研发的存储器，实现完全相同的功能，新存储器的体积只有传统存储器的1/4，因此，其功能密度为传统存储器的4倍。（关于新存储器的研发流程，可参考新书《基于SiP技术的微系统》第22章的内容）
功能密度（Function Density)，是一个相对宽泛的概念，在存储器中，可理解为存储密度，并且在其他类型器件中，也同样适用。缩短互联长度 (Shorten Interconnection Length) 在传统封装中，芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚，常常会达到数十毫米甚至更长，如此长的互联会造成较大的延迟，严重影响系统的性能，并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。先进封装将芯片之间的电气互联长度从毫米级（mm）缩短到了微米级（um）。互联长度的缩短，带来的好处就是性能提升，功耗降低。这一点，通过HMB和DDRx的比较大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超过了3倍，但功耗却降低了50%。
进行系统重构 (Execute System Restruction) 重点来了，系统重构才是先进封装从幕后走向台前的重要推手。系统重构只发生在系统的多个元素之间。只要是多个芯片，并且之间进行了互联，就会产生功能的改变，我们称之为系统重构。传统封装时代，电子系统的构建多是在芯片级（SoC）或者是在板级（PCB）进行，先进封装时代，在一个封装内构建系统并进行优化，我们称之为封装级系统重构，Chiplet技术、异构集成技术就是封装级系统重构的典型代表。
总 结 先进封装属于电子封装，因此传统封装的三个功能先进封装也都具备，此外，相对于传统封装，先进封装又增加了三个新的特点：提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构。这三个新特点给先进封装带来的优势就是：提升系统性能，降低整体功耗！当今，先进封装已经成为的行业热点，芯片大佬们如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD纷纷入局，推出自己的先进封装技术，面对此情此景，传统的封测厂OSAT会不会有些瑟瑟发抖呢？
有一句网络流行语：“走自己的路，让别人无路可走！” 今天我们拿来改造一下：“当别人无路可走的时候，建议他们走这条路！”虽然时代的发展还远没到这一步，但从目前来看，随着芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的时候，封装内集成（先进封装和SiP）这条路目前显得更宽一些而已！当主角的光环已经逐渐暗淡，是不是该配角上场了？是的，当主角的光环渐渐褪尽，配角有一天也会成为主角！
芯片对封装说：去吧，亲爱的，该你上台了！封装对芯片说：70多年的默默陪伴，我终于从幕后走向了台前，并且，我们还会一起走下去，因为我始终是你的保护者和坚实的后盾！合：走吧，我们一起！
- 作 者 新 书 ：
新书《基于SiP技术的微系统》内容涵盖“概念和技术”、“设计和仿真”、“项目和案例”三大部分，包含30章内容，总共约110万 字，1000 张插图（约650 页）。
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