這次不是“狼來(lái)了”，3D封裝真的來(lái)了

想知道在3D(2.5D)IC設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)生了什么大事件，參加每年在伯林蓋姆舉行的3D ASIP會(huì)議是最佳的場(chǎng)所。市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole在今年的會(huì)議上介紹了3D IC的最新進(jìn)展。其他的介紹都是關(guān)于行業(yè)探索、功耗降低、TSV封裝、裝配過(guò)程中的平面性等話題。

在過(guò)去，這個(gè)會(huì)議上都是3D封裝時(shí)代馬上“真的很快”就要來(lái)臨了的論調(diào)，但每次發(fā)布的3D封裝設(shè)計(jì)，當(dāng)我們對(duì)它進(jìn)行拆解時(shí)，都會(huì)發(fā)現(xiàn)它并沒(méi)有使用硅通孔（TSV）或任何真正的3D封裝技術(shù)。每次都是“狼來(lái)了”，不過(guò)今年確實(shí)不同，這次3D封裝真來(lái)了。

對(duì)于大部分應(yīng)用而言，3D封裝和2.5D封裝工藝仍然太昂貴了，但是可以利用這種工藝的優(yōu)勢(shì)并讓消費(fèi)者買單的一些高端應(yīng)用正在進(jìn)行這種新工藝的嘗試。不要指望3D封裝芯片會(huì)很快出現(xiàn)在你的手機(jī)上，但在路由器、服務(wù)器以及高端的東西上已經(jīng)開始看到3D封裝芯片的身影。三星做的一項(xiàng)研究顯示，相較于層疊封裝設(shè)計(jì)（就像目前蘋果的Ax系列處理器的設(shè)計(jì)），3D封裝和2.5D封裝工藝可以做到在封裝尺寸下降、功耗下降的同時(shí)帶寬可以大幅度增長(zhǎng)。在這些高價(jià)位的設(shè)計(jì)中3D封裝工藝的價(jià)值開始凸顯。

業(yè)界現(xiàn)在也出現(xiàn)了一些非常高規(guī)格的3D封裝器件。最早出現(xiàn)的是Xilinx公司的高端FPGA，但它的出貨量非常低，價(jià)格也非常高，所以關(guān)于讓3D封裝工藝的價(jià)格真正降下來(lái)這件事，它并不能提供多少參考價(jià)值，而且事實(shí)上它也只是2.5D封裝的產(chǎn)品，還不是真正的3D封裝。三星發(fā)布了其DDR4 DRAM 3D DIMM模塊。美光的混合存儲(chǔ)立方體即將開始正式量產(chǎn)：這個(gè)存儲(chǔ)器件在四個(gè)內(nèi)存芯片上堆疊一個(gè)實(shí)現(xiàn)了所有控制邏輯的邏輯芯片。SK海力士和三星也宣布他們的3D封裝內(nèi)存產(chǎn)品正在進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段。

AMD（ATI）發(fā)布了采用20nm工藝的3D堆疊高帶寬內(nèi)存（HBM），計(jì)劃在明年第二季度開始供貨。Nvidia也表示將在2016年引入3D封裝工藝，英特爾曾表示他們已經(jīng)掌握了這項(xiàng)技術(shù)，但還沒(méi)有公布任何相關(guān)產(chǎn)品，可是別忘了他們是英特爾。在低端市場(chǎng)上，Matrox已經(jīng)宣布下一代GPU模塊將采用AMD的3D堆疊工藝。如果想上頭條，就得追趕潮流。

也有一些其他的設(shè)計(jì)采用了3D封裝工藝。它們的共同特征是定位高端市場(chǎng)，這樣，盡管3D封裝仍然昂貴，但它具有較高的性能/帶寬比，有需求的高端市場(chǎng)可以承受這種成本。我不知道美光HMC的成本，但他們承認(rèn)，比起購(gòu)買相同數(shù)量的普通DRAM要大得多。但HMC性能是如此得高，所以如果你正在建設(shè)高端服務(wù)器或路由器，使用HMC仍然是值得的。

近年來(lái)，SoC的最大推動(dòng)力是移動(dòng)設(shè)備，但移動(dòng)設(shè)備對(duì)成本實(shí)在太敏感。高通曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，內(nèi)插器的成本太高了，而現(xiàn)在移動(dòng)市場(chǎng)所有的增長(zhǎng)都是來(lái)自低端市場(chǎng)，別指望3D封裝會(huì)很快出現(xiàn)在移動(dòng)應(yīng)用中。

對(duì)于真正的大芯片，采用2.5D封裝工藝可以節(jié)省更多。幾年前我在一個(gè)3D封裝工作間里觀看eSlilicon在賽靈思的器件上運(yùn)行成本模型，他們?cè)?個(gè)小芯片上做了一個(gè)2.5D封裝的內(nèi)插器，模型計(jì)算的結(jié)果是，與在一個(gè)不成熟的工藝上采用最大尺寸的模具相比，2.5D封裝可以節(jié)省80%的成本。

所以，2015年是一個(gè)3D封裝年，這次，3D封裝如約而至。是的，雖然現(xiàn)在還只能在高端設(shè)備中看到它，但隨著產(chǎn)品逐漸上量和它在產(chǎn)業(yè)鏈中的滲透，慢慢地，3D封裝工藝會(huì)逐漸成熟并變得更加經(jīng)濟(jì)。目前似乎沒(méi)有任何重大的技術(shù)問(wèn)題（我們知道如何構(gòu)建TSV，當(dāng)然這個(gè)過(guò)程會(huì)變得更好更合理；我們知道如何裝配和脫粘背襯材料，這樣，當(dāng)我們將模具變薄時(shí)會(huì)更加可控；不同的熱膨脹造成的應(yīng)力問(wèn)題似乎也可以得到很好的管理）。所以，真正的大問(wèn)題似乎是進(jìn)行上量試產(chǎn)，并決定在哪個(gè)器件中使用它。

物聯(lián)網(wǎng)是3D器件的目標(biāo)市場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)不會(huì)采用16nm以下的工藝，它們需要在一個(gè)封裝中集成成本低廉的傳感器、射頻、模擬和數(shù)字電路。顯然3D封裝可以做到這一點(diǎn)，明年應(yīng)該還不會(huì)看到它的正式使用，但最終3D封裝會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)得到應(yīng)用并推廣開來(lái)。

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