人工智能芯片先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，AI芯片作為支撐AI算法運(yùn)行的核心硬件，其性能要求日益提高。傳統(tǒng)的芯片封裝技術(shù)主要關(guān)注芯片的保護(hù)和連接，已難以滿足AI芯片對(duì)高性能、低功耗和高集成度的要求，因此先進(jìn)封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

一、技術(shù)類型不斷豐富

目前，人工智能芯片先進(jìn)封裝技術(shù)主要包括2.5D封裝、3D封裝、扇出型封裝（Fan - Out Packaging）以及異質(zhì)集成封裝等。

• 2.5D封裝技術(shù)：是一種將多個(gè)芯片或芯片組件水平排列在同一平面上，并通過硅中介層（Silicon Interposer）實(shí)現(xiàn)互連的技術(shù)。硅中介層上集成了高密度的布線層和微凸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了芯片間的高速數(shù)據(jù)傳輸。這種封裝方式不僅提高了芯片的集成度，還降低了互連延遲，提升了AI芯片的整體性能。

• 3D封裝技術(shù)：與2.5D封裝技術(shù)相比，3D封裝技術(shù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了芯片在垂直方向上的堆疊。通過采用通孔（Through - Silicon Via，TSV）技術(shù)，將不同層次的芯片或組件垂直互連，實(shí)現(xiàn)了更緊密的集成和更短的互連距離。這種封裝方式顯著提升了AI芯片的集成度和性能，還有效降低了功耗和散熱問題。

• 扇出型封裝技術(shù)：這是一種新型的封裝技術(shù)，它通過重構(gòu)芯片的封裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了更小的封裝尺寸和更高的I/O密度。在這種封裝方式中，芯片的I/O引腳被重新布局在封裝基板的邊緣，形成了扇出型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)提高了封裝的可靠性，還使得AI芯片能夠與其他組件更緊密地集成在一起，提升了整體性能。

• 異質(zhì)集成封裝技術(shù)：是一種將不同材料、工藝和功能的芯片或組件集成在一起的技術(shù)。通過采用先進(jìn)的封裝材料和工藝，實(shí)現(xiàn)了不同芯片或組件之間的無縫連接和高效互操作。這種封裝方式充分發(fā)揮了不同芯片或組件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了AI芯片在性能、功耗和成本等方面的優(yōu)化。

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二、市場(chǎng)需求推動(dòng)發(fā)展

• 巨大的市場(chǎng)潛力：2024年，中國(guó)人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到785億元，未來或?qū)⒈３州^高增速。全球范圍內(nèi)，隨著人工智能在各個(gè)領(lǐng)域如高性能計(jì)算、自動(dòng)駕駛、智能家居、醫(yī)療健康、航空航天等的廣泛應(yīng)用，對(duì)AI芯片的需求不斷攀升，從而推動(dòng)了先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展。

• 滿足高性能計(jì)算需求：在高性能計(jì)算領(lǐng)域，復(fù)雜的AI算法需要AI芯片具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，同時(shí)在功耗、散熱和集成度等方面達(dá)到優(yōu)化。例如在數(shù)據(jù)中心，運(yùn)行大規(guī)模的深度學(xué)習(xí)模型需要大量的算力支持，傳統(tǒng)封裝技術(shù)難以滿足，先進(jìn)封裝技術(shù)則可以為AI芯片提供更高的計(jì)算能力和更低的功耗，以滿足這類復(fù)雜AI算法的運(yùn)行需求。

三、產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

• 成本限制：先進(jìn)封裝技術(shù)的研發(fā)和制造成本較高，這限制了其在中低端市場(chǎng)的應(yīng)用。例如，目前CoWoS封裝技術(shù)雖然是高端性能芯片封裝的主流方案之一，但臺(tái)積電的CoWoS先進(jìn)封裝價(jià)格將上漲10%-20%，較高的成本使得中小規(guī)模企業(yè)難以采用這種先進(jìn)封裝技術(shù)用于AI芯片生產(chǎn)。

• 技術(shù)難題待解：隨著封裝密度的增加，散熱和電磁兼容等問題也日益突出。例如，在新型基板上進(jìn)行先進(jìn)芯片封裝時(shí)，光刻膠的涂覆可能會(huì)成為瓶頸之一。同時(shí)，對(duì)于新的封裝技術(shù)，可能需要升級(jí)或更換大量生產(chǎn)工具和材料，這對(duì)企業(yè)來說是一項(xiàng)巨大的投入。

芯片封裝清洗介紹

·         合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

·         水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

·         合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。