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芯片堆疊技術(shù)能否實(shí)實(shí)在在解決國產(chǎn)芯片難題？
發(fā)布時(shí)間：2022-12-26 08:35:30 瀏覽：271次 責(zé)任編輯：騰盛精密
芯片堆疊技術(shù)作為一個(gè)新的概念，其在近幾年成為半導(dǎo)體領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但這一技術(shù)是否能夠?yàn)閲a(chǎn)芯片發(fā)展帶來實(shí)質(zhì)性的改變呢？
華為芯片堆疊技術(shù)之路
眾所周知，CPU是一個(gè)超大規(guī)模的集成電路板，指甲蓋兒大小的芯片上安置著數(shù)以億計(jì)的晶體管，再也留不出任何空白的地方，那為何不再疊加一張紙放在它的上面呢？3D堆疊由此產(chǎn)生。
所謂的3D堆疊技術(shù)其實(shí)很好理解，就是在原本的封裝體里面，封裝進(jìn)兩個(gè)以上不同功能的芯片，一般都是在不改變原本的封裝體積大小，而在垂直方向進(jìn)行的芯片疊放。
這種技術(shù)所帶來的特點(diǎn)就是改變了原有的在單位面積上不斷增加晶體管的方式，而是在垂直方向上進(jìn)行芯片疊放，自然也會實(shí)現(xiàn)芯片的功能多樣化。
早在2012年，華為便已經(jīng)對芯片堆疊技術(shù)進(jìn)行專利公開，該專利為“芯片堆疊封裝結(jié)構(gòu)”(申請公布號：CN102693968A)，主要設(shè)計(jì)芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)芯片的高密度堆疊，提高芯片堆疊封裝結(jié)構(gòu)的散熱效率。
其后幾年，華為也在不斷對外公開其芯片堆疊的相關(guān)技術(shù)，足以證明長期以來華為都在這項(xiàng)技術(shù)上深耕研發(fā)。
比如近幾年，華為所公布的兩項(xiàng)芯片堆疊相關(guān)專利，一項(xiàng)是“一種多芯片堆疊封裝及制作方法”(申請公布號：CN114287057A)，解決因采用硅通孔技術(shù)而導(dǎo)致的成本高的問題。
另一項(xiàng)為“芯片堆疊封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法、電子設(shè)備”(申請公布號：CN114450786A)，用于解決如何將多個(gè)副芯片堆疊單元可靠的鍵合在同一主芯片堆疊單元上的問題。
▲華為專利 （來源：國家知識產(chǎn)權(quán)官網(wǎng)）
其實(shí)說到底，堆疊芯片就是利用先進(jìn)的封裝技術(shù)去繞開EUV的“緊固”，放出高性能的芯片。多項(xiàng)與芯片堆疊相關(guān)專利的公開，或許也揭露了華為未來在芯片技術(shù)上的一個(gè)發(fā)展方向。
目前，3D芯片技術(shù)的類別包括：基于芯片堆疊的3D技術(shù)，基于有源TSV的3D技術(shù)，基于無源TSV的3D技術(shù)，以及基于芯片制造的3D技術(shù)。
3D堆疊應(yīng)用商業(yè)化普及
蘋果此前已經(jīng)向我們證明，芯片堆疊技術(shù)是可以大幅提升處理器的性能的。前不久發(fā)布的M1 Ultra芯片，就是通過兩塊M1 Max芯片封裝而來的。
M1 Ultra將兩枚M1 Max中隱藏的芯片間互連模塊（die－to－die connector）通過技術(shù)手段整合在一起，蘋果將其稱之為“Ultra Fusion”架構(gòu)，擁有1萬多個(gè)信號點(diǎn)，互連帶寬高達(dá)2．5TB／s，而且延遲、功耗都非常低。
這種堆疊方式可在性能、能耗和功能上帶來各種意想不到的好處。
沒有這種技術(shù)，蘋果智能手表Apple Watch也就無法做出來，三星最先進(jìn)的固態(tài)存儲器、來自英偉達(dá)和谷歌的人工智能系統(tǒng)和索尼超級快速的新型相機(jī)也不例外。
芯片堆疊也帶來了一些全新的功能。有的手機(jī)攝像頭將圖像傳感器直接疊加在處理圖像的芯片上面。額外的速度意味著，它們能夠?qū)φ掌M(jìn)行多次曝光，并將其融合在一起，在昏暗的場景里捕捉到更多的光線。
3D堆疊式芯片的普及非?？焖?，它們也必然會成為行業(yè)主流。10年前，該技術(shù)幾乎僅僅存在于高校實(shí)驗(yàn)室；五六年前，還難以找到它的商業(yè)化案例。但它如今如雨后春筍般涌現(xiàn)，出現(xiàn)在各類的應(yīng)用上，如網(wǎng)絡(luò)化、高性能計(jì)算和Apple Watch等高端可穿戴設(shè)備。
芯片堆疊關(guān)鍵工藝及局限性
▲SDBG（來源：DISCO）
芯片堆疊技術(shù)推動(dòng)國產(chǎn)芯片量產(chǎn)
在諸多限制和封鎖下，我國一直缺乏半導(dǎo)體關(guān)鍵設(shè)備EUV光刻機(jī)，這就導(dǎo)致中國在推進(jìn)7nm工藝乃至更先進(jìn)的工藝方面始終無法突破，但是中國芯片行業(yè)采取了兩條路線齊步走的方式發(fā)展芯片。
其中一條路線就是積極推進(jìn)國產(chǎn)芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈的完善和技術(shù)升級；另一條路線則是研發(fā)先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如華為芯片堆疊技術(shù)將兩枚同樣以14nm工藝生產(chǎn)的芯片堆疊在一起，從而取得接近7nm工藝的性能。
▲Kirin芯片（來源：網(wǎng)絡(luò)）
堆疊技術(shù)并非新技術(shù)，華為此項(xiàng)專利只是其中一個(gè)堆疊方法的專利展示。至少為國內(nèi)被芯片“卡脖子”提出了解決方案之一，在此研發(fā)過程所沉淀和積累下來的研發(fā)能力、研發(fā)隊(duì)伍、研發(fā)平臺也是有價(jià)值的。
Tensun騰盛作為在半導(dǎo)體封測領(lǐng)域有著十六年經(jīng)驗(yàn)的精密裝備供應(yīng)商，也一直不斷探索SiP先進(jìn)封裝領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)備的開發(fā)和制程應(yīng)用，致力于為客戶提出半導(dǎo)體制程封測的解決方案。
只要有市場，中國芯片就能引領(lǐng)世界，芯片堆疊技術(shù)能最大化發(fā)揮目前的國產(chǎn)芯片資源優(yōu)勢。5G技術(shù)融入到各行各業(yè)，幫助傳統(tǒng)企業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級，利用我們自身的優(yōu)勢去提高行業(yè)發(fā)展。
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聲明：本文部分內(nèi)容參考出處有：
1.「華為公布芯片新專利，堆疊封裝的利與弊各是什么？」，來源：物聯(lián)網(wǎng)智庫
2.「華為首次公開芯片堆疊封裝技術(shù)！」，來源：云腦智庫
3.「一文解析多芯片堆疊封裝技術(shù)」，來源：電子發(fā)燒友
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