多芯片堆叠封装工艺的发展及未来趋势

1965年，英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)整理计算机存储器发展趋势的报告资料并绘制数据时，发现一个惊人的趋势：每个新芯片大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内，如果这个趋势继续的话，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。

在大量数据的支撑下，他依照经验提出了著名的摩尔定律：积体电路上可容纳的电晶体（晶体管）数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。

摩尔定律被提出之后，半导体行业依照其规律稳定的高速发展了几十年。然而，随着技术进步，芯片集成线宽越来越小，密度越来越大，制程突破的难度逐渐加大。从物理角度来看，目前最先进集成芯片制程尺寸已进入介观尺寸范围，在该尺度下，材料物理化学性质即将发生质变，且还有量子隧穿、杂质涨落等因素影响，摩尔定律似乎已经走到了尽头。除技术难度之外，在这条道路继续深耕，经济方面地投入也是难以估量的。综合来看，单依靠工艺制程技术继续提升芯片性能已变得非常困难，技术持续发展应“另谋出路”，行业也因此逐步迈入了后摩尔时代。

在后摩尔时代，半导体发展技术路线主要依照以下两个方面进行逐步推进：

More Moore：继续延续摩尔定律的路径，使用创新半导体制造工艺缩小数字集成电路的特征尺寸，同时器件优化重心兼顾性能及功耗。

More than Moore：在系统集成方式上创新，芯片性能的提升不再靠单纯的堆叠晶体管，而更多地靠电路设计以及系统算法优化；同时，借助于先进封装技术，实现异质集成，即把依靠先进工艺实现的数字芯片模块和依靠成熟工艺实现的模拟/射频等集成到一起以提升芯片性能。

Beyond Moore：单独的电子不具备信息，以及在信号在传递过程中存在能量消耗，若自组装器件，自身携带信息或传递过程能量不会消耗来降低集成电路的功耗以及提升性能，是超越摩尔领域的关键。

那么，作为摩尔定律生命周期的重要延续，先进封装实际上已成为超越摩尔定律的关键赛道。

2D封装：在基板的水平表面贴装/键合所有芯片和被动元器件的集成方式。所有芯片和被动元器件均安装在基板表面，与基板水平方向直接接触，基板上的布线与焊点位于平面下方，除了极少数通过键合线直接连接的键合点外，电气连接均需通过基板完成。

2.5D封装：所有芯片和被动元器件均在基板平面上方，至少有部分芯片和被动元器件安装在中介层上（Interposer），在基板平面的上方有中介层的布线和过孔，在下方有基板的布线和过孔。2.5D是特指采用了中介层进行高密度I/O互连的封装，其特点是多Die集成和高密度性。中介层目前多采用硅材料，利用其成熟的工艺和高密度互连的特性。

3D封装：3D封装和2.5D封装的主要区别在于2.5D封装是在中介层上进行布线和打孔，而3D封装是直接在芯片上打孔和布线，电气连接上下层芯片。所有芯片和被动元器件器件均位于基板平面上方，芯片堆叠在一起，在基板平面的上方有穿过芯片的硅通孔（TSV），在基板平面的下方有基板的布线和过孔。