【博主簡(jiǎn)介】本人“愛在七夕時(shí)”，系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時(shí)間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。常言：真知不問出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當(dāng)之處，還請(qǐng)大家海涵。當(dāng)前在各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上均以此昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

講到半導(dǎo)體封裝，相信大家現(xiàn)階段聽到最多的就是“先進(jìn)封裝”了。

其實(shí)先進(jìn)封裝（Advanced Packaging）最清晰定義就是：超越傳統(tǒng)引線鍵合、追求更高性能 / 更高集成度 / 更小尺寸的新一代封裝技術(shù)的總稱。

它并不是單指某一種工藝，而是一整套技術(shù)路線，其核心目標(biāo)就是：更小、更薄、更快、更熱、更集成。

所以，當(dāng)前的“先進(jìn)封裝”就是用倒裝、扇出、2.5D/3D 堆疊等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)芯片高性能、高集成、小型化的高端封裝路線，也是當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)增長(zhǎng)最快的賽道之一。

2.5D和3D封裝，都是對(duì) 芯片進(jìn)行堆疊封裝。在2.5D和3D封裝之前，首先發(fā)展起來的是MCM（ Multi-Chip Module，多芯片組件）。

而MCM，是將多個(gè) 未封裝的裸片和其它元器件，組裝在同一塊多層高密度基板上，進(jìn)行 通過基板電路進(jìn)行互連接，然后進(jìn)行封裝。

MCM已有十幾年的歷史，組裝對(duì)象是超大規(guī)模集成電路和專用集成電路的裸片，而不是中小規(guī)模的集成電路。MCM的出發(fā)點(diǎn)，是滿足高速度、高性能、高可靠和多功能需求。體積和重量，并不是優(yōu)先關(guān)注的對(duì)象。

MCM的技術(shù)難度低、 成本低、可靠性高，但集成密度低、時(shí)延相對(duì)較大。我們可以把它理解為是一種2D集成。它預(yù)示了芯片集成化、堆疊化的趨勢(shì)。后來，基于這個(gè)趨勢(shì)，就有了更先進(jìn)的2.5D封裝和3D封裝。

在探討2.5D和3D封裝技術(shù)之前，我們需要了解為什么這些技術(shù)如此重要。隨著集成電路（IC）技術(shù)的不斷發(fā)展，摩爾定律面臨著逐漸放緩的趨勢(shì)。為了滿足高性能、高帶寬和低功耗的需求，傳統(tǒng)的平面封裝技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的需求。這推動(dòng)了2.5D和3D封裝技術(shù)的發(fā)展，它們被視為超越摩爾定律局限，開啟電子系統(tǒng)新篇章的關(guān)鍵技術(shù)。

一、2.5D和3D封裝技術(shù)定義和特點(diǎn)

2.5D封裝技術(shù)作為一種先進(jìn)的封裝技術(shù)，它的定義和特點(diǎn)對(duì)于理解其在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。

1、2.5D封裝定義與特點(diǎn)

（1）定義

2.5D封裝技術(shù)的定義可以從幾個(gè)不同的角度來解釋：

首先，它是一種介于傳統(tǒng)2D封裝和3D封裝之間的過渡技術(shù)。是將多個(gè)異構(gòu)的芯片，比如邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片等，通過使用硅中介層（Silicon Interposer）和硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）實(shí)現(xiàn)芯片之間的垂直電氣連接，從而提高系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)，這個(gè)中介層（Silicon Interposer）通常還是一塊具有高密度布線的硅片，可以實(shí)現(xiàn)芯片之間的短距離、高速通信。

其次，2.5D封裝還可以被視為一種異構(gòu)芯片封裝，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)芯片的高密度線路連接，集成為一個(gè)封裝。

最后，2.5D封裝技術(shù)可以看作是一種過渡技術(shù)，它相對(duì)于傳統(tǒng)的2D封裝技術(shù)，在性能和功耗上有了顯著的改進(jìn)，同時(shí)相比于更先進(jìn)的3D封裝技術(shù)，技術(shù)難度和成本較低。

總之，因?yàn)?.5D 封裝是用硅中介層實(shí)現(xiàn)多芯片并排高速互聯(lián)的先進(jìn)封裝，所以也是當(dāng)前AI芯片的標(biāo)配方案。

（2）特點(diǎn)

2.5D封裝技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下五個(gè)方面：

a. 高性能

硅中介層提供了高密度的互連，使得芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸速度大大提高。這一點(diǎn)在搜索結(jié)果中得到了明確的闡述，指出2.5D封裝技術(shù)的關(guān)鍵在于硅中介層的設(shè)計(jì)和制造，以及硅通孔（TSV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的垂直互連。

b. 靈活性

2.5D封裝可以集成不同工藝、不同功能的芯片，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)集成。這種靈活性使得2.5D封裝在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的適應(yīng)性和可能性。

c. 可擴(kuò)展性

通過增加硅中介層的面積和TSV的數(shù)量，可以方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的功能和性能。這意味著2.5D封裝技術(shù)能夠適應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展的需求，容易進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。

d. 制造成本相對(duì)較低

盡管2.5D封裝技術(shù)存在一些挑戰(zhàn)，如制造成本高，但相比于3D封裝技術(shù)，2.5D封裝的制造工藝相對(duì)較為成熟，成本相對(duì)較低。這使得2.5D封裝成為了許多電子系統(tǒng)制造商的首選封裝技術(shù)。

e. 熱管理問題

由于多個(gè)芯片緊密集成，熱密度較高，需要有效的熱管理方案。這是2.5D封裝技術(shù)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)，需要在設(shè)計(jì)和制造過程中考慮到熱管理和散熱問題。

2、3D封裝技術(shù)定義和特點(diǎn)

3D封裝技術(shù)是一種先進(jìn)的集成電路封裝技術(shù)，它通過在垂直方向上堆疊多個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)了更高的封裝密度和性能。

（1）定義

3D封裝，又稱為3D晶圓級(jí)封裝（WLP），是一種封裝技術(shù)，它允許在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個(gè)封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個(gè)以上芯片。這種技術(shù)起源于快閃存儲(chǔ)器（NOR/NAND）及SDRAM的疊層封裝。

3D封裝技術(shù)則是將多個(gè)芯片垂直堆疊在一起，通過通過硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）實(shí)現(xiàn)芯片間的電連接。這種技術(shù)可以進(jìn)一步縮短芯片間的距離，提高集成度和性能，同時(shí)減少功耗和空間占用。

因此，由于3D封裝是芯片垂直堆疊 + 垂直互聯(lián)的頂級(jí)先進(jìn)封裝，性能最強(qiáng)、難度最大，所以也是代表半導(dǎo)體封裝未來的方向標(biāo)。

（2）特點(diǎn)

3D封裝技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)包括以下3個(gè)方面：

a. 多功能性與高效能

3D封裝的主要特點(diǎn)是多功能、高效能。它可以使得單位體積上的功能及應(yīng)用成倍提升。

b. 大容量高密度

3D封裝能夠?qū)崿F(xiàn)大容量高密度，這是因?yàn)樵诖怪狈较蛏显黾恿诵酒亩询B，從而顯著提高了封裝密度。

c. 低成本

除了提供高性能之外，3D封裝還具有較低的成本，這使得它在商業(yè)上更具吸引力。

二、2.5D封裝與3D封裝技術(shù)的異同點(diǎn)

2.5D封裝與3D封裝的主要區(qū)別在于其互連方式和集成度。2.5D封裝通常在中介層上進(jìn)行布線和打孔，而3D封裝則是在芯片上直接打孔和布線，實(shí)現(xiàn)電氣連接上下層芯片。2.5D封裝的代表技術(shù)包括英特爾的EMIB、臺(tái)積電的CoWoS和三星的I-Cube，而3D封裝則以英特爾和臺(tái)積電的一些高端處理器為例。

同時(shí)，2.5D封裝通常被視為是結(jié)合了2D和3D特點(diǎn)的中間技術(shù)，因?yàn)樗褂昧酥薪閷雍鸵恍?D封裝的特性，但它避免了3D封裝中直接在芯片上制作TSV的復(fù)雜性和成本。

具體來講，2.5D封裝和3D封裝都是新興的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，它們都可以實(shí)現(xiàn)芯片間的高速、高密度互連，從而提高系統(tǒng)的性能和集成度。以下是它們的一些主要異同點(diǎn)：

1、互連方式的不同

2.5D封裝是通過TSV（Through Silicon Vias）轉(zhuǎn)換板連接芯片，而3D封裝則是將多個(gè)芯片垂直堆疊在一起，并通過直接鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間的互連。在2.5D結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)或多個(gè)有源半導(dǎo)體芯片并排放置在硅中介層上，以實(shí)現(xiàn)極高的芯片到芯片互連密度。而在3D結(jié)構(gòu)中，有源芯片通過芯片堆疊集成，以實(shí)現(xiàn)最短的互連和最小的封裝尺寸。

2、制造工藝的不同

2.5D封裝需要制造硅基中介層，并且需要進(jìn)行微影技術(shù)等復(fù)雜的工藝步驟；而3DIC封裝則需要進(jìn)行直接鍵合技術(shù)等高難度的制造工藝步驟。

3、應(yīng)用場(chǎng)景的不同

2.5D封裝通常應(yīng)用于高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能、移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域，具有較高的性能和靈活的設(shè)計(jì)；而3DIC封裝通常應(yīng)用于存儲(chǔ)器、傳感器、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，具有較高的集成度和較小的封裝體積。

4、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

2.5D封裝的概念與2.5D封裝類似，但與傳統(tǒng)2.5D封裝的區(qū)別在于沒有TSV。因此，EMIB技術(shù)具有封裝良率正常、無需額外工藝、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。臺(tái)積電的CoWoS技術(shù)也是一種2.5D封裝技術(shù)，根據(jù)中介層的不同，可分為三類：CoWoS_S（使用Si襯底作為中介層）、CoWoS_R（使用RDL作為中介層）、CoWoS_L（使用小芯片(Chiplet)和RDL作為中介層）。三星的I-Cube也是2.5D封裝技術(shù)的一種解決方案。

另一方面，3D封裝技術(shù)如臺(tái)積電的SoIC技術(shù)，屬于3D封裝，是wafer-on-wafer鍵合技術(shù)。SoIC技術(shù)采用TSV技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)非凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，將許多不同性質(zhì)的相鄰芯片集成在一起。SoIC技術(shù)將同類和異構(gòu)小芯片集成到單個(gè)類似SoC的芯片中，該芯片具有更小的尺寸和更薄的外形，可以單片集成到高級(jí)WLSI（又名CoWoS和InFO）中。新集成的芯片從外觀上看是一顆通用SoC芯片，但內(nèi)嵌了所需的異構(gòu)集成功能。

三、2.5D封裝與3D封裝器件的裝配與封裝挑戰(zhàn)

關(guān)于2.5D封裝與3D封裝器件的裝配與封裝挑戰(zhàn)，就是本章節(jié)要跟大家重點(diǎn)分享的內(nèi)容，該部分內(nèi)容討論了熱壓鍵合（TCB)、預(yù)填充、芯片堆疊（D2W)等技術(shù)。雖然該報(bào)告資料已經(jīng)距今10年時(shí)間，但是仍然對(duì)于在先進(jìn)封裝技術(shù)及其設(shè)備領(lǐng)域有著主要學(xué)習(xí)和參考價(jià)值，所以希望能與有興趣的朋友們一起多交流學(xué)習(xí)：

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四、2.5D封裝與3D封裝技術(shù)的應(yīng)用前景

1、2.5D封裝技術(shù)應(yīng)用前景

2.5D封裝技術(shù)是當(dāng)前 AI/HPC 的主流標(biāo)配，3D 封裝是后摩爾時(shí)代的終極方向，兩者將長(zhǎng)期共存、協(xié)同演進(jìn)，共同支撐算力與集成度的持續(xù)躍升。

2.5D封裝屬于成熟落地，主流剛需。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2025–2030年CAGR 約18%，2030年HBM相關(guān)2.5D封裝規(guī)模將達(dá)42 億美元。

而技術(shù)迭代，大尺寸中介層（>2000mm2）、多 HBM 堆疊、低成本玻璃中介層逐步普及也是遲早的事。

2、3D封裝技術(shù)應(yīng)用前景

3D封裝，因技術(shù)躍遷，所以將成為未來的核心封裝技術(shù)。其核心定位就是后摩爾時(shí)代的終極路線，2027年后將進(jìn)入大規(guī)模商用。據(jù)預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)，3D SoC（混合鍵合）2024–2030年CAGR高達(dá)949%，是增長(zhǎng)最快的先進(jìn)封裝細(xì)分，到2030年，3D封裝在先進(jìn)封裝中占比將超40%，成為絕對(duì)主流。

綜合來講，2.5D 是現(xiàn)在的 “現(xiàn)金?！?，3D 是未來的 “增長(zhǎng)引擎”，兩者共同定義后摩爾時(shí)代的芯片形態(tài)。

2.5D和3D封裝技術(shù)正在開啟微電子領(lǐng)域的新篇章。它們不僅能夠滿足高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、人工智能等領(lǐng)域?qū)啥群托阅艿母咭螅矠榭纱┐髟O(shè)備、智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品提供了更小型化、更高效的解決方案。未來，隨著技術(shù)的成熟和應(yīng)用的拓展，2.5D與3D封裝技術(shù)將在促進(jìn)電子系統(tǒng)向更高性能、更低功耗、更小體積方向發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

五、2.5D封裝與3D封裝技術(shù)的未來展望

2.5D與3D 封裝將走向成熟迭代+技術(shù)躍遷+深度融合的協(xié)同格局。

2.5D 在未來 3–5 年仍是 AI/HPC 的主流方案并持續(xù)降本擴(kuò)量；而3D 封裝則以混合鍵合為核心，在 2027 年后進(jìn)入大規(guī)模商用，成為后摩爾時(shí)代的核心引擎。兩者長(zhǎng)期共存、互補(bǔ)演進(jìn)，共同定義下一代芯片形態(tài)。

盡管2.5D和3D封裝技術(shù)目前仍面臨諸如成本、制造復(fù)雜性及散熱管理等挑戰(zhàn)，但它們?cè)诟咝阅苡?jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)以及移動(dòng)和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。隨著相關(guān)制造技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，預(yù)計(jì)這些封裝技術(shù)將在未來的電子系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

綜上所述，2.5D 是現(xiàn)在的 “高性能基石”，3D 是未來的 “性能引擎”，3.5D 則是兩者融合的 “黃金橋梁”。2.5D與3D封裝技術(shù)不僅是集成電路封裝領(lǐng)域的一次革命，更是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的一場(chǎng)變革。它們的發(fā)展將推動(dòng)電子設(shè)備向更高性能、更低功耗和更小型化的方向發(fā)展，開啟電子系統(tǒng)的新篇章，共同開啟后摩爾時(shí)代的芯片新紀(jì)元。

參考文獻(xiàn)：

1、《半導(dǎo)體先進(jìn)封裝工藝的詳解；》，愛在七夕時(shí)；

2、《 混合鍵合，風(fēng)云再起》，半導(dǎo)體行業(yè)觀察；

3、《 摩爾定律重要方向，先進(jìn)封裝大有可為》，華福證券 ；

4、《 三大巨頭，決戰(zhàn)先進(jìn)封裝》 ，半導(dǎo)體行業(yè)觀察；

5、《 技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革，向高密度封裝時(shí)代邁進(jìn)》，華金證券；

6、《 先進(jìn)封裝高密度互聯(lián)推動(dòng)鍵合技術(shù)發(fā)展，國(guó)產(chǎn)設(shè)備持續(xù)突破 》，東吳證券；

7、《 算力時(shí)代來臨，Chiplet 先進(jìn)封裝大放異彩》，民生證券；

8、《 先進(jìn)封裝設(shè)備深度報(bào)告》，華西證券；

9、 《 半導(dǎo)體功率模塊（IPM）封裝創(chuàng)新趨勢(shì)分析的詳解》，愛在七夕時(shí)；

10、維基百科、百度百科、各廠商官網(wǎng)；

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審核編輯 黃宇