英特爾推出Hybrid Bonding技術(shù)，推進(jìn)高端封裝演進(jìn)

近日，英特爾對外分享了英特爾封裝技術(shù)路線圖。英特爾院士、封裝研究與系統(tǒng)解決方案總監(jiān)Johanna Swan分享道，從標(biāo)準(zhǔn)封裝到嵌入式橋接時(shí)，凸點(diǎn)間距從100微米變?yōu)?5-36微米。到Foveros封裝時(shí)，英特爾將芯片堆疊在一起，實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的互連，凸點(diǎn)間距大概是50微米。未來，英特爾將通過采用Hybrid Bonding（有兩種翻譯：混合鍵合、混合結(jié)合）技術(shù)，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)小于10微米的凸點(diǎn)間距。

將凸點(diǎn)間距縮小到小于10微米，Hybrid Bonding技術(shù)究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？

Hybrid Bonding技術(shù)顛覆焊接技術(shù)

英特爾今年曾在ECTC上發(fā)表關(guān)于混合鍵合技術(shù)的論文。Johanna Swan介紹，混合鍵合技術(shù)是一種在相互堆疊的芯片之間獲得更密集互連的方法，并幫助實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸。

當(dāng)縮減到大約10微米的凸點(diǎn)間距，將能夠達(dá)到每平方毫米10,000個(gè)凸點(diǎn)。這樣，兩個(gè)芯片之間能夠?qū)崿F(xiàn)更多的互連，進(jìn)而可以提供更小、更簡單的電路，因?yàn)樗鼈兛梢韵嗷クB加，也不必做扇入（fan-in）和扇出（fan-out）。

“有了這個(gè)更簡單的電路，我們可以使用更低的電容，然后開始降低該通道的功率，這有助于朝著提供最好產(chǎn)品方向發(fā)展?！盝ohanna Swan表示。

Hybrid Bonding與Foveros技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的焊接有諸多區(qū)別。

混合鍵合技術(shù)使電介質(zhì)的芯片非常光滑，而不是有一個(gè)突出的凸點(diǎn)。實(shí)際上，還會有一個(gè)略微的凹陷。當(dāng)采用混合鍵合技術(shù)將兩個(gè)組件放在一起時(shí)，可以在室溫下進(jìn)行，將它們放置好后，再升高溫度對其進(jìn)行退火，銅在這時(shí)會膨脹，從而形成電氣連接。

Johanna Swan認(rèn)為：“這非常有用，因?yàn)榭色@得更高的載流能力，并且可以將間距縮小到10微米以下。這樣使我們目前在這些接口之間獲得了比底部填充和緊密的銅密度更好的熱性能。當(dāng)使用混合鍵合技術(shù)時(shí)，將需要一種新的制造、清潔和測試方法。”

轉(zhuǎn)向更小的間距可能會更有吸引力。英特爾正在轉(zhuǎn)向多個(gè)晶片，將其分解成GPU、CPU、IO或區(qū)塊，之后或許可以使用更小的區(qū)塊去擁有單獨(dú)的IP，這使得擁有更多區(qū)塊，進(jìn)而可以重復(fù)使用。Johanna Swan指出，這項(xiàng)技術(shù)可以根據(jù)特定客戶的獨(dú)特需求定制產(chǎn)品。這種技術(shù)可改變晶片到晶片的互連，從焊接轉(zhuǎn)向混合鍵合。

如果必須保持制造流程以相同的速度進(jìn)行，當(dāng)又有更多的晶片需要放置時(shí)，需要如何應(yīng)對？為此，英特爾正在考慮的解決方案是批量組裝，簡稱“自組裝”。

當(dāng)前，英特爾正在與CEA-LETI（法國原子能委員會電子與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）合作，研究一次能夠放置多個(gè)晶片，并且進(jìn)行自組裝。

封裝將繼續(xù)小型化和縮小尺寸

在可擴(kuò)展性軸上，包括CO-EMIB技術(shù)和ODI全方位互連技術(shù)。

CO-EMIB技術(shù)嘗試通過使用EMIB和Foveros的組合來融合2D和3D的技術(shù)，這種架構(gòu)基于與配套晶片和堆疊芯片復(fù)合體的高密度連接，實(shí)現(xiàn)了比基礎(chǔ)尺寸更大的尺寸。

ODI全方位互連技術(shù)，是英特爾正在使用的封裝的一個(gè)新維度。

對于2.5D和3D的組合，Johanna Swan指出，這種趨勢肯定會繼續(xù)下去，因?yàn)閾碛械陌l(fā)展機(jī)會是在每毫米立方體上提供盡可能多的區(qū)塊并獲得每毫米立方體盡可能多的功能。封裝將繼續(xù)小型化和縮小尺寸，以便可以獲得毫米立方體的最大功能。

英特爾的Foveros技術(shù)，通過該技術(shù)堆疊芯片，使用硅通孔Through-Silicon-Via（TSV）技術(shù)在封裝和晶片之間通信，一直到頂部晶片。

然而，ODI封裝技術(shù)是另一種優(yōu)化，通過添加ODI封裝技術(shù)為客戶進(jìn)行定制。在右側(cè)添加了支柱，允許最右側(cè)的頂部管芯直接連接到封裝，這使得可以將較小的TSV芯片面積用于硅通孔（TSV），進(jìn)而減少數(shù)量。這些支柱提供了直接向頂部晶片封裝供電的能力。頂部的兩個(gè)晶對下部的晶片有更高的帶寬、更小的凸點(diǎn)、更小的通道。

對于如何推動封裝的不斷演進(jìn)，Johanna Swan認(rèn)為：“封裝是一個(gè)差異化優(yōu)勢的區(qū)分因素，關(guān)鍵是客戶。我們努力服務(wù)并提供獨(dú)特的解決方案給客戶，這也推動了我們關(guān)注技術(shù)。因此，封裝的機(jī)會在于，隨著繼續(xù)為客戶提供服務(wù)，客戶的產(chǎn)品需求在不斷進(jìn)化，這才是真正推動封裝技術(shù)需要轉(zhuǎn)變的原因。客戶的這種差異化需求也會推動相應(yīng)的封裝技術(shù)的出現(xiàn)。

為了滿足客戶的需求，晶圓制造企業(yè)開始致力于先進(jìn)封裝技術(shù)，這也將晶圓制造與封裝兩個(gè)環(huán)節(jié)的界線開始模糊。對于兩者今后的發(fā)展趨勢，Johanna Swan也表達(dá)了自己的理解：“在10微米間距的混合鍵合時(shí)，這兩個(gè)世界已經(jīng)開始融合，我開始研究我們正在使用的金屬層的特征低于10微米，像4微米。晶圓制造和封裝正在融合，這已經(jīng)成為一個(gè)非常重要、有趣的創(chuàng)新場所，因?yàn)樗鼈兊某叽缦嗤?，所以這種放置是非常令人興奮的，使用具有封裝測試技術(shù)的傳統(tǒng)晶圓廠工具并創(chuàng)造出我們在封裝方面進(jìn)行創(chuàng)新的全新領(lǐng)域。

（校對/清泉）