這次不是“狼來了”，3D封裝真的來了

想知道在3D(2.5D)IC設計行業(yè)發(fā)生了什么大事件，參加每年在伯林蓋姆舉行的3D ASIP會議是最佳的場所。市調機構Yole在今年的會議上介紹了3D IC的最新進展。其他的介紹都是關于行業(yè)探索、功耗降低、TSV封裝、裝配過程中的平面性等話題。

在過去，這個會議上都是3D封裝時代馬上“真的很快”就要來臨了的論調，但每次發(fā)布的3D封裝設計，當我們對它進行拆解時，都會發(fā)現(xiàn)它并沒有使用硅通孔（TSV）或任何真正的3D封裝技術。每次都是“狼來了”，不過今年確實不同，這次3D封裝真來了。

對于大部分應用而言，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)勢并讓消費者買單的一些高端應用正在進行這種新工藝的嘗試。不要指望3D封裝芯片會很快出現(xiàn)在你的手機上，但在路由器、服務器以及高端的東西上已經開始看到3D封裝芯片的身影。三星做的一項研究顯示，相較于層疊封裝設計（就像目前蘋果的Ax系列處理器的設計），3D封裝和2.5D封裝工藝可以做到在封裝尺寸下降、功耗下降的同時帶寬可以大幅度增長。在這些高價位的設計中3D封裝工藝的價值開始凸顯。

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，價格也非常高，所以關于讓3D封裝工藝的價格真正降下來這件事，它并不能提供多少參考價值，而且事實上它也只是2.5D封裝的產品，還不是真正的3D封裝。三星發(fā)布了其DDR4 DRAM 3D DIMM模塊。美光的混合存儲立方體即將開始正式量產：這個存儲器件在四個內存芯片上堆疊一個實現(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封裝內存產品正在進入大批量生產階段。

AMD（ATI）發(fā)布了采用20nm工藝的3D堆疊高帶寬內存（HBM），計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掌握了這項技術，但還沒有公布任何相關產品，可是別忘了他們是英特爾。在低端市場上，Matrox已經宣布下一代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。

也有一些其他的設計采用了3D封裝工藝。它們的共同特征是定位高端市場，這樣，盡管3D封裝仍然昂貴，但它具有較高的性能/帶寬比，有需求的高端市場可以承受這種成本。我不知道美光HMC的成本，但他們承認，比起購買相同數(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高端服務器或路由器，使用HMC仍然是值得的。

近年來，SoC的最大推動力是移動設備，但移動設備對成本實在太敏感。高通曾經說過，內插器的成本太高了，而現(xiàn)在移動市場所有的增長都是來自低端市場，別指望3D封裝會很快出現(xiàn)在移動應用中。

對于真正的大芯片，采用2.5D封裝工藝可以節(jié)省更多。幾年前我在一個3D封裝工作間里觀看eSlilicon在賽靈思的器件上運行成本模型，他們在4個小芯片上做了一個2.5D封裝的內插器，模型計算的結果是，與在一個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)在還只能在高端設備中看到它，但隨著產品逐漸上量和它在產業(yè)鏈中的滲透，慢慢地，3D封裝工藝會逐漸成熟并變得更加經濟。目前似乎沒有任何重大的技術問題（我們知道如何構建TSV，當然這個過程會變得更好更合理；我們知道如何裝配和脫粘背襯材料，這樣，當我們將模具變薄時會更加可控；不同的熱膨脹造成的應力問題似乎也可以得到很好的管理）。所以，真正的大問題似乎是進行上量試產，并決定在哪個器件中使用它。

物聯(lián)網是3D器件的目標市場。物聯(lián)網不會采用16nm以下的工藝，它們需要在一個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，明年應該還不會看到它的正式使用，但最終3D封裝會在物聯(lián)網市場得到應用并推廣開來。

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