摩爾定律在晶圓工藝制程方面已是強(qiáng)弩之末，此時(shí)先進(jìn)的封裝技術(shù)拿起了接力棒。扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）等先進(jìn)技術(shù)可以提高器件密度、提升性能，并突破芯片I/O數(shù)量的限制。然而，要成功利用這類技術(shù)，在芯片設(shè)計(jì)之初就要開始考慮其封裝。

　　數(shù)十年來，半導(dǎo)體工藝已經(jīng)將芯片中晶體管線寬從數(shù)十微米逐步降低到幾個(gè)納米級(jí)別，大約每18個(gè)月芯片中晶體管密度就會(huì)翻一番，這就是著名的摩爾定律。但與此同時(shí)，設(shè)計(jì)和制造成本不斷上升，改進(jìn)空間逐漸縮小，再加上許多其它困難，阻礙著半導(dǎo)體進(jìn)一步的發(fā)展。此外，隨著單個(gè)芯片中晶體管密度不斷增加，芯片連接也出現(xiàn)了一些問題，例如I/O引腳數(shù)量以及芯片間互連的速度都出現(xiàn)了局限。

　　這些限制在需要大量高帶寬內(nèi)存的應(yīng)用（如人工智能邊緣和云系統(tǒng)）中尤其成問題。為了解決這些問題并繼續(xù)提高器件密度，業(yè)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出幾種先進(jìn)的封裝技術(shù)，這些技術(shù)可讓多個(gè)芯片之間以緊湊的高性能封裝互連，組裝在一起相當(dāng)于一個(gè)芯片。

　　其中一種先進(jìn)的封裝技術(shù)就是FOWLP，已經(jīng)用于移動(dòng)設(shè)備的批量生產(chǎn)中。FOWLP封裝工藝是指將單獨(dú)的芯片安裝在稱為重分布層（RDL）的中介層（interposer）基板上，可提供芯片之間的互連以及與IO焊盤之間的連接，所有這一切均采用一次成型的封裝。

　　面朝上和面朝下方法

　　FOWLP有多種形態(tài)，每種形態(tài)的制造步驟都略有不同，可從多家供應(yīng)商處獲得（如圖1所示）。 FOWLP組裝可以使用“先模具（mold-first）”的流程實(shí)現(xiàn)，裸片可以面朝下或面朝上安裝；或者使用“先RDL（RDL-first）”方式組裝而成。

　　圖1：FOWLP技術(shù)形態(tài)包括mold-first和RDL-first組裝形式

　　在mold-first流程中，采用臨時(shí)的粘合或散熱層將裸片附著到載體上，然后將其鑄模封裝。如果裸片面朝下安裝，則下一步是釋放臨時(shí)層，附加RDL層，然后鑲上焊錫球，完成封裝。如果裸片面朝上安裝，則還需要一些其它步驟。

　　首先，在塑造成型之前，必須添加銅柱來擴(kuò)展各個(gè)裸片的I/O連接。成型之后，必須將模塑件的背面磨細(xì)以露出銅柱，然后再附加RDL層并形成焊錫球。

　　而在RDL-first的流程中，RDL通過臨時(shí)釋放層附著到載體上，然后裸片再附著到RDL上。接著是鑄造成型，再釋放載體，并形成焊錫球。兩種方法的最后一步都是分割組件，這些組件被成批處理，制成獨(dú)立器件。

　　不同的方法有不同的成本和性能考量。從成本方面看，mold-first面朝下的方法避免了制造銅柱和進(jìn)行背面研磨的步驟，因此具有較低的制造成本，適合少量I/O的應(yīng)用；但它存在裸片移位、晶圓翹曲等問題，因而限制了其在復(fù)雜多芯片封裝中的使用。

　　面朝上的方法則避免了上述問題，而且由于芯片背面完全暴露利于散熱，因而具備熱管理方面的優(yōu)勢(shì)。而RTL-first方法的優(yōu)勢(shì)在于，在制造過程中可以使用經(jīng)過驗(yàn)證合格的裸片（KGD），從而提高了良率。

　　從性能方面看，面朝下方法比其它兩種方法的連接路徑要短（圖2）。其它兩種方法都需要銅柱，以擴(kuò)展到RDL的連接，而且在芯片下方有一層材料增加了連接間的寄生電容，影響了其高頻性能。

　　圖2：不同的 FOWLP方法可能影響走線長(zhǎng)度并產(chǎn)生寄生效應(yīng)，這需要在芯片設(shè)計(jì)中加以考慮。

　　先進(jìn)封裝新工具

　　隨著邏輯電路速率的提高，由封裝制造導(dǎo)致的這種細(xì)微的寄生效應(yīng)變得越來越重要，它極有可能顯著地改變信號(hào)時(shí)序和特性。因此，想要使用這種高級(jí)封裝技術(shù)的開發(fā)人員需要確保其仿真和設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作覆蓋封裝和芯片設(shè)計(jì)，從而確保成功應(yīng)用。

　　芯片供應(yīng)商已經(jīng)開始內(nèi)部開發(fā)自己的工具，以便將封裝和芯片設(shè)計(jì)集成到單個(gè)工藝流程中，以供客戶使用。然而，內(nèi)部開發(fā)的工具可能會(huì)限制設(shè)計(jì)人員對(duì)不同供應(yīng)商的芯片工藝的選擇。如果想混合由不同工藝制成的芯片，則可能需要依靠外包組裝和測(cè)試（OSAT）廠商提供的工具來驗(yàn)證完整封裝的芯片設(shè)計(jì)。EDA公司正在加緊開發(fā)可支持這些先進(jìn)封裝要求的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工具。

　　無論采用哪種方式，先進(jìn)封裝將繼續(xù)扮演越來越重要的角色，因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)期望延緩摩爾定律的壽命。市場(chǎng)對(duì)更小、更快、功能更強(qiáng)大的芯片和系統(tǒng)的需求將持續(xù)，而封裝似乎已經(jīng)成為開發(fā)人員必須探索的新領(lǐng)域。
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