重申先进封装的“三个新特点”

SIN2020

首先，先进封装是一个相对的概念，今天的先进封装在未来可能成为传统封装。
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, N: ^; N8 w- U# v4 y; F我们提到了SiP的三个新特点，因为先进封装和SiP的高度重合性，这篇文章里，我们从先进封装的角度重新解读一下这具有重大意义的“三个新特点”。
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2 e  Q/ G8 d" f7 X    传 统 封 装  

+ G3 ?! ~  m9 t6 a. p7 k, d1947年，随着晶体管的发明，人类迎接信息时代的到来，电子封装也同时出现了，在主角耀眼的光环下，配角只能默然无声。
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) c" f, ~. ~. m% E' f# }8 M( J晶体管的发明举世瞩目，并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖，而电子封装是谁发明的至今都难以追溯！
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传统封装的功能主要有三点：芯片保护、尺度放大、电气连接，并且在长达70多年的时间里始终充当配角，默默地为芯片服务。
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芯片保护  Chip protection
$ [& J9 Q9 |! z4 z  F$ K因为芯片本身比较脆弱，没有封装的保护，很容易损坏，连细小的灰尘和水汽都会破坏它们的功能，因此需要封装进行保护。

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尺度放大  Scale Expansion

5 C9 e3 G8 m, n7 y! D因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。

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- B0 {: ?4 {- M  U- _. M* U电气连接  Electric Connection

# |6 {  D; H3 g6 R5 a无论芯片内部多么复杂和精密，总是需要和外界进行通讯的，通过封装，芯片和外界电气连接，进行信息交换。
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% Q* G5 H9 U1 N% c: H# D! S从1947年诞生至今，电子封装对整个电子系统的发展起了重要且不可或缺的作用，虽然一直在幕后充当配角，但始终持志不渝地陪伴着芯片，支撑着芯片，保护着芯片，一起见证着摩尔定律所带来的伟大时代！
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1 d, r. G4 |: m今天，为什么当了几十年配角的电子封装会从幕后走向台前，成为业界瞩目的焦点？
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从下面的文字中，你或许能找到最终的答案。

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    先 进 封 装  
电子产品之所以能为人类服务，并不在于其采用多么先进的工艺，而在于其功能(Function) 是否满足人们的需要，因此，能否影响设备的功能则是判断其重要性的关键依据。
. e. p! S4 v2 Q6 g: g3 Q1 ~) t: K在传统封装时代，由于上面提到的传统封装的三个功能特点，封装本身并不会使芯片的功能产生任何变化。然而，到了先进封装和SiP时代，这种情况发生了重大的改变！

什么样的重大改变呢？我们就需要了解先进封装的三个新特点。

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, v2 a/ O- D1 k3 Q提升功能密度  (Increase Function Density)

1 M8 L# q- d! Z% d3 w: H  G功能密度是指单位体积内包含的功能单位的数量，从SiP到先进封装，最鲜明的特点就是系统功能密度的提升。（关于功能密度的详细解释，可参考电子工业出版社新书《基于SiP技术的微系统》第1章的内容）
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0 r$ V$ M" ]" i3 x6 \0 e2 D通过下图，我们就能直观地理解功能密度的含义，下图为应用在航天器中的大容量存储器，左侧为进口的传统存储器，右侧为国内新研发的存储器，实现完全相同的功能，新存储器的体积只有传统存储器的1/4，因此，其功能密度为传统存储器的4倍。
功能密度（Function Density)，是一个相对宽泛的概念，在存储器中，可理解为存储密度，并且在其他类型器件中，也同样适用。

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缩短互联长度  (Shorten Interconnection Length)

- T3 ?, h: L* X0 I2 P5 w在传统封装中，芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚，常常会达到数十毫米甚至更长，如此长的互联会造成较大的延迟，严重影响系统的性能，并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。
* `+ w( V; f+ a  L先进封装将芯片之间的电气互联长度从毫米级（mm）缩短到了微米级（um）。互联长度的缩短，带来的好处就是性能提升，功耗降低。
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这一点，通过HMB和DDRx的比较大家就能看得很明白。和DDR5相比，HBM性能提升超过了3倍，但功耗却降低了50%。
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进行系统重构  (Execute System Restruction)
) F) I1 a7 a$ @0 X" @2 I+ X重点来了，系统重构才是先进封装从幕后走向台前的重要推手。
系统重构只发生在系统的多个元素之间。只要是多个芯片，并且之间进行了互联，就会产生功能的改变，我们称之为系统重构。
/ H" L* j' T" n传统封装时代，电子系统的构建多是在芯片级（SoC）或者是在板级（PCB）进行，先进封装时代，在一个封装内构建系统并进行优化，我们称之为封装级系统重构，Chiplet技术、异构集成技术就是封装级系统重构的典型代表。


! z& x. b0 W) x' \4 ~    总 结  
. V8 q5 t8 ~+ P, N# Z$ D/ @, R先进封装属于电子封装，因此传统封装的三个功能先进封装也都具备，此外，相对于传统封装，先进封装又增加了三个新的特点：提升功能密度，缩短互联长度，进行系统重构。
这三个新特点给先进封装带来的优势就是：提升系统性能，降低整体功耗！
当今，先进封装已经成为的行业热点，芯片大佬们如TSMC、SAMSUNG、Intel、AMD纷纷入局，推出自己的先进封装技术，面对此情此景，传统的封测厂OSAT会不会有些瑟瑟发抖呢？
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有一句网络流行语：“走自己的路，让别人无路可走！” 今天我们拿来改造一下：“当别人无路可走的时候，建议他们走这条路！”
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虽然时代的发展还远没到这一步，但从目前来看，随着芯片上集成和PCB上集成的路越走越窄的时候，封装内集成（先进封装和SiP）这条路目前显得更宽一些而已！
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; `/ g6 }7 p  ~5 \# p! ^当主角的光环已经逐渐暗淡，是不是该配角上场了？是的，当主角的光环渐渐褪尽，配角有一天也会成为主角！


芯片对封装说：去吧，亲爱的，该你上台了！
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2 v- [) J, U" h, ]/ X+ E封装对芯片说：70多年的默默陪伴，我终于从幕后走向了台前，并且，我们还会一起走下去，因为我始终是你的保护者和坚实的后盾！
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& B8 x2 Q! v) P! l2 k) C, W合：走吧，我们一起！
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晶体管的发明举世瞩目，并于9年后获得1956年诺贝尔物理学奖，而电子封装是谁发明的至今都难以追溯！电子封装没法考证呀！

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因为芯片本身都很小，其内部的连接更加微小，通过封装后进行尺度放大，便于后续PCB板级系统使用。

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在传统封装中，芯片之间的互联需要跨过封装外壳和引脚，常常会达到数十毫米甚至更长，如此长的互联会造成较大的延迟，严重影响系统的性能，并且将过多的功耗消耗在了传输路径上。

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学习一下~