技经观察丨芯片3D封装——延续摩尔定律的重要技术方向之一

芯片3D封装技术，又称为叠层芯片封装技术，是指在不改动封装体尺寸的前提下，在一个封装体内的垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。近年来，支撑3D封装的关键技术硅通孔（Through Silicon Via，TSV）不断获得突破，国际芯片巨头加快布局，以TSV为核心的3D封装技术已成为业界公认的新一代封装技术的重要发展方向。在后摩尔时代，如何结合我国芯片封装产业优势，发力3D封装关键共性技术，以抢占机遇实现逆势突围，是十分值得探究的问题。

一、芯片发展迈入后摩尔时代

长期以来，芯片制程微缩技术一直驱动着摩尔定律的延续。从1987年的1um制程到2015年的14nm制程，芯片制程迭代速度一直遵循摩尔定律的规律，即芯片上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会增加一倍。但2015年以后，芯片制程的发展速度进入了瓶颈期，7nm、5nm制程的芯片量产进度均落后于预期。全球领先的晶圆代工厂台积电3nm制程芯片量产遇阻，2nm制程芯片的量产更是排到了2024年后，芯片制程工艺已接近物理尺寸的极限1nm，芯片产业迈入了后摩尔时代。

在后摩尔时代，芯片的发展逐渐演化出了不同的技术方向。其中之一的“More Moore”方向，主要是研发新方法沿着摩尔定律的道路继续向前推进，不断缩小芯片制程。而另一个方向则是“More than Moore”（超越摩尔），主要是发展之前摩尔定律演进过程中未开拓的技术方向。先进封装便是超越摩尔技术方向的一种重要实现路径。

来源：ARM

二、封装技术概况

芯片封装是芯片成品至关重要的一步，在过去，封装定义为保护电路芯片免受周围环境的影响，包括来自物理、化学方面的影响。随着芯片技术的不断发展，封装技术在提高芯片性能方面也开始扮演了重要的角色。

据《中国半导体封装业的发展》报告，迄今为止全球芯片封装产业可分为五个发展阶段，自第三阶段起的封装技术统称为先进封装技术。第一阶段 是20世纪70年代的元件插装，特点是用针脚引出电极连通电信号，主要包括直插型封装（DIP）等技术。第二阶段 是20世纪80年代的表面贴装，特点是用更细更短板的引线代替针脚，直接贴装至印刷电路板（PCB），主要包括小外形封装（SOP）等技术。第三阶段 是20世纪90年代的面积阵列封装，特点是用体积更小的焊球点代替引线，通过芯片倒扣的方式进行倒装以提升晶体管密度，主要包括球栅阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、晶圆级封装（WLP）等技术。第四阶段 是20世纪末的异质整合，特点是将不同类型、功能的芯片整合在同一个封装体内，主要包括多芯片组封装（MCM）、系统级封装（SiP）等技术。第五阶段 是21世纪初的3D堆叠，特点是将多个芯片在垂直方向上进行封装，主要包括倒装芯片（Flip Chip）、硅通孔（TSV）等技术。

随着芯片产业的迅速发展，芯片间数据交换也在成倍增长,传统的芯片封装方式已经不能满足巨大的数据量处理需求。另外，随着“More Moore”技术路线逐步进入物理极限，制程工艺提升放缓，以3D堆叠封装为代表的先进封装技术将成为未来的重要发展方向。例如，苹果公司在2022年春季推出的M1 Ultra芯片就是通过UltraFusion 3D封装架构将两个M1 Max芯片互联，打造出一款M1系列史上性能最强的SoC芯片。近年来，支撑3D封装的关键技术TSV不断获得突破，国际芯片巨头加快布局，以TSV为核心的3D封装技术已成为业界公认的新一代封装技术的重要发展方向。

三、3D封装技术发展现状

芯片3D封装，又称为叠层芯片封装技术，是指在不改动封装体尺寸的前提下，在一个封装体内的垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。近二十年来，3D封装沿着封装堆叠及IC裸芯片焊接（键合）技术方向经历了三个重要的技术工艺阶段：丝焊技术工艺、倒装芯片技术工艺和通孔技术工艺，其中通孔技术工艺中的TSV技术被称为第四代封装技术。

TSV技术可以穿过硅基板实现硅片内部垂直电互联，这项技术是目前唯一的垂直电互联技术，是实现3D先进封装的关键技术之一。TSV采用金属-金属键合和高分子粘结键合技术，通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充进行硅通孔的垂直电互连，从而实现晶圆堆叠、芯片堆叠。TSV技术通过垂直互连减小了芯片间互联长度和信号延迟，降低了电容，实现了芯片间的低功耗和高速通讯，大幅提升了提升芯片性能，是解决摩尔定律失效的重要技术之一。全球政府机构和科技巨头已加大对3D封装技术的重视力度，并进行早期布局。

美国DARPA的NGMM项目。 2022年8月，美国国防部高级研究计划局（DARPA）宣布设立“下一代微电子制造”（NGMM）研究项目。该项目旨在创建一个三维异构集成（3DHI）设计与工艺研究公共平台，其中TSV技术是其重要的研究方向。DARPA表示，微电子制造的下一个主要浪潮将需要不同材料和组件的异构集成，不同来源、不同功能乃至不同材料的器件堆叠封装，将有可能实现功能与性能的革命性改进。

来源：DARPA

台积电3D Fabric联盟。 2022年10月，台积电宣布成立3D Fabric联盟，以推动3D半导体发展，目前已有19个合作伙伴同意加入，包括美光、三星、SK海力士等，这是台积电在开放创新平台（OIP）中首次邀请芯片封装厂商作为伙伴加入。台积电表示，3D Fabric联盟将协助客户实现芯片系统级创新的快速迭代，并采用台积电完整的3D硅堆叠先进封装等技术来满足下一代芯片的性能需求。

来源：TSMC

三星X-Cube 3D封装技术。 2020年8月，三星公布了其名为“eXtended-Cube”的3D封装技术，简称“X-Cube”。该技术采用TSV进行芯片间垂直互联，能大幅缩短裸芯片间的信号距离，提高数据传输速度和降低功耗。2022年10月，三星电子代工业务总裁Si-young Choi在三星晶圆代工论坛上表示，三星采用微凸块连接的X-Cube 3D封装技术将在2024年做好大规模量产的准备，无凸块的X-Cube封装技术将在2026年问世。

来源：Samsung

四、3D封装技术的挑战和前景

在后摩尔时代，随着芯片制程工艺逐渐逼近物理尺寸极限，3D封装技术正成为提升芯片集成度和性能的重要技术路线，这将推动半导体价值链向后道工艺移动。同时，3D封装技术对于芯片架构具有革命性的影响，这种影响将会传递到整个芯片产业链，并引起产业链中前道工艺和后道工艺协作机制的变化。比如，在3D封装技术路线的影响下，芯片设计将不再是单芯片设计问题，而是将逐渐演变成更为复杂的多芯片系统设计工程，还会对电子设计自动化（EDA）算法引擎提出更高的要求。

目前，我国芯片产业发展迅速，封装技术发展接近国际先进水平，但芯片产业发展主导能力有待加强。未来，我国应在先进封装领域强化政府引导作用，构建以关键共性技术为突破点的支持政策体系，实现逆势突围，提高芯片产业的竞争力。

参考资料：

[1]国务院关于印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》的通知[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2020-08/04/content_5532370.htm

[2]王若达, 先进封装推动半导体产业新发展[C]. 中国集成电路, 2022.

[3]John H. Lau, Recent Advances and Trends in Advanced Packaging[C]. IEEE Xplore, 2022.

[4]半导体封测专题报告[R]. 东莞证券

[5]3D-STACKED CMOS TAKES MOORE’S LAW TO NEW HEIGHTS[EB/OL]. https://spectrum.ieee.org/3d-cmos

[6]HOW THE FATHER OF FINFETS HELPED SAVE MOORE’S LAW[EB/OL]. https://spectrum.ieee.org/how-the-father-of-finfets-helped-save-moores-law

[7]Intel Proposes New Path for Moore's Law With 3D Stacked Transistors[EB/OL]. https://www.electronicdesign.com/technologies/embedded-revolution/article/21183706/electronic-design-intel-proposes-new-path-for-moores-law-with-3d-stacked-transistors

[8]As Moore's Law slows, high-end applications may feel the effect, MIT scientist warns[EB/OL]. https://www.zdnet.com/article/as-moores-law-slows-high-end-applications-may-feel-the-effect-mit-scientist-warns/

[9]A view on the 3D technology landscape[EB/OL]. https://www.imec-int.com/en/articles/view-3d-technology-landscape

[10]攻下先进封测成为我国半导体发展的重中之重[EB/OL]. https://www.elecfans.com/d/821693.html

[11]萨科微，3D封装将成为主要工艺！芯片巨头决战先进封装！[EB/OL]. https://www.slkormicro.com/other-else-63359/53725.html

[12]滕冉, “十四五”期间我国集成电路行业发展趋势特征分析[C]. 中国集成电路. 2021.

[13]我国封装技术有望逐渐进入国际主流领域[J]. 中国电子报

[14]3D TSVs are essential for Heterogeneous Integration,HPC and High-end Memory[EB/OL]. https://www.3dincites.com/2016/10/3d-tsv-technologies-are-essential-for-the-development-of-heterogeneous-interconnection-high-end-memory-and-performance-applications/

[15]王晓明. 后摩尔时代的3D封装技术——高端通信网络芯片对3D封装技术的应用驱动[C]. 中兴通讯技术. 2016.

作者简介

刘纪铖 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究二室，助理分析员

研究方向：信息领域战略、技术和产业前沿

联系方式：liujc206@163.com

作者简介

唐乾琛 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究二室，三级分析员

研究方向：信息领域战略、技术和产业前沿

联系方式：tangqc96@163.com

编辑丨郑实

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话：010-82635522

微信：iite_er

适用于iPhone X-15 Pro的JC基带EEPROM芯片编程器

描述

JCID iPhone X-15 系列 EEPROM 基带芯片 非拆卸编程器。JCID iPhone 15 系列基带芯片无拆卸编程器支持读写 iPhone 15/15 Plus/15 Pro/15 Pro Max 基带芯片无需拆卸（美版和中文版）。JC 13 合 1 英特尔高通逻辑基带 EEPROM 芯片数据模块芯片不可移除修复工具适用于 iPhone X-12 Pro Max eeprom 基带修复。JC iPhone 13-14 系列 8 合 1 基带芯片编程器 支持无拆卸读写基带芯片。

JCiPhone15 基带系列编程器特点：

1.无需拆卸即可复制IC数据，节省时间和精力。2.电压和电流检测，短路报警。3.内置跳线测试点，支持更多型号的跳线测试。4.单机操作，读写，简单高效。5.在线操作，永不丢失本地备份数据

JC iPhone 12-14 Pro Max 基带编程器：

JC 8 合 1 基带 EEPROM 芯片 用于读取和写入 iPhone 12/13 mini/12Pro/12Pro Max/14/14/14Plus/14Pro/14 Pro Max 基带芯片数据的无拆卸编程器。特点 1.支持读取和写入 iPhone 12-14 Pro Max 基带芯片数据，无需拆卸。2.采用OLED屏幕显示。3.多板不去掉码片，省时省力。4.电压和电流监控，短路报警。5.单机操作，具有两个按钮读写。操作简单方便。6.支持JC Repair Assistant的离线和在线操作。7.在线操作，本地备份数据永不丢失。8.具有飞线测试点，支持测试更多型号。

淘宝商品链接

https://m.tb.cn/h.g3W0K8XZ38FpogP?tk=wF8nWwNYscA CZ3460 「精诚P15硬盘测试架 BGA110 315硬盘模块 P13硬盘编程器」

点击链接直接打开 或者 淘宝搜索直接打开

相关问答

at27lv256a-90jc是什么封装?

at27lv256a-90jc是一种芯片封装,它属于PLCC封装,即可编程逻辑器件,封装形式为平面引脚阵列封装。该芯片是一种闪存存储器,具有高速读取、可编程等优点,广泛...

1gb2rx8pc26400u55513e1800与1gddrii有什么不同

XXXXXXXXXXXXXXXX1234567891011121、HY代表是现代的产品2、内存芯片类型:(57=SDRAM,5D=DDRSDRAM);3、工...

1gb2rx8pc26400u55513e1800与1gddrii有什么不同

XXXXXXXXXXXXXXXX1234567891011121、HY代表是现代的产品2、内存芯片类型:(57=SDRAM,5D=DDRSDRAM);3、工...

华硕K42JC笔记本怎样?cpu是Corei5M460@2.53GHz-ZOL问答

华硕K42JC笔记本怎样?cpu是Corei5M460@2.53GHz内存金士顿金士顿1GBDDR...显卡芯片:NVIDIAGeForceGT630M操作系统:Linux...

华硕A52JC可不可以上到I7740M四核。主板芯片HM55-ZOL问答

主板芯片HM55CPUIntelIntel酷睿i7740QM讨论回答(5)很抱歉,华硕A52JC无法升级到IntelCorei7740M四核处理器。该型号的主板芯片组是HM55,...

泉来净水价格是多少-一起装修网

[回答]中央净水...在市面上泉来净水的商家报价情况,如下:深圳市沁尔美科技有限公司供应的泉来款全屋净水器中央净水机优质304不锈钢过滤器。...

昂达A770ND3(AMDRX780/RX790芯片组)支持64位系统吗??...

处理器AMDAthlon(速龙)IIX2250双核主板昂达A770ND3(AMDRX780/RX790芯片组)显卡AMDRadeonR5200Series(2...

索尼VPCYB35JC/B玩网络游戏是否合适?

索尼VPCYB35JC笔记本电脑则是采用AMD最新的E450双核处理器,内部集成了显示芯片,且屏幕尺寸为11寸。从定义上来说并不属于上网本的范畴。处理器性能对比Intel...

关于红外遥控芯片?，红外芯片怎么选?

先换上电池试试,可能是没电了。如果电量充足是不是射频红外芯片有问题,找售后网上有一种红外线发射器,插在耳机孔上,就有了红外线功能,再下个APP,...

你能回答:福田有实力的ic芯片烧录质量保障，ic芯片烧录服务...

除了海思、小米则是第二家拥有自己芯片的国产手机厂商;紧接着展讯也将发布国产自主研发CPU的终端手机产品。国产手机自主芯片阵队已经逐步浮现。有...