集成电路3D封装技术的发展史

       基于芯片集成度、功能和性能要求，主流晶圆技术节点已降低至28-16nm，甚至已跨入10-7nm制程阶段。然而随着晶圆技术节点不断逼近原子级别，实现等比例缩减的代价变得非常高，摩尔定律即将失效的声音层出不穷。

       如何通过封装技术的发展创新来延续摩尔定律，满足未来通信芯片及消费性电子的需求已成为新的热点。目前业界的前沿封装技术包括以晶圆级封装（WLCSP）和载板级封装（PLP）为代表的2.1D封装，以硅转接板和硅桥为代表的2.5D封装，以及基于三维硅通孔（3DTSV）工艺在Z方向上堆叠芯片的3D封装。其中，3D封装在集成度、性能、功耗等方面更具优势，同时设计自由度更高，开发时间更短，是各封装技术中最具发展前景的一种。

       传统意义上3D封装包括2.5D和3DTSV封装技术。硅通孔技术（TSV）实现Die与Die间的垂直互连，通过在Si上打通孔进行芯片间的互连，无需引线键合，有效缩短互连线长度，减少信号传输延迟和损失，提高信号速度和带宽，降低功耗和封装体积，是实现多功能、高性能、高可靠性且更轻、更薄、更小的芯片系统级封装。3DTSV封装结构示意见。

       由于3DTSV封装工艺在设计、量产、测试及供应链等方面还不成熟，且工艺成本较高，目前业界采用介于2D和3D之前的2.5D连接层封装形式，通过在Die和基板间添加一层连接层，大幅度提高封装的输入输出（I/O）信号密度，是3DTSV封装大规模商用之前既经济又实用的方案。

       2013年以前，2.5DTSV封装技术主要应用于逻辑模块间集成，FPGA芯片等产品的封装，集成度较低。到2014年业界的3DTSV封装技术己有部分应用于内存的芯片封装，用于大容量内存芯片堆叠，同时应用于高性能芯片的高端消费产品中。2015年，2.5DTSV技术开始应用于一些高端的图形处理器（GPU）/中央处理器（CPU）以及网络芯片中，同时“应用处理器（AP）+内存”的集成芯片也开始有部分采用2.5DTSV封装，业界在连接层的成本控制和加工能力方面有一定提高。预计2017/2018年业界在3D封装技术上将取得长足进展，高端手机芯片、大规模I/O的芯片以及高性能芯片中将实现3DTSV封装，同时目前3D封装成本较高的因素也会解决，有望逐步实现大规模量产。