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測試與測量  

堆疊式儲存模組封裝技術的發展趨勢

上網時間: 2004年02月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:memory  記憶體  stacked memory  堆疊式記憶體  stacked package technology 

無線產業技術正以令人興奮的速度向前發展,市場對成本降低的無止境要求,驅動行動電話製造商不斷致力於減少電話的體積和重量,而與此同時,行動電話卻需要配備大螢幕彩色顯示螢幕、照相機、視訊流、MP3和多種下載鈴聲等等功能,新功能的出現直接導致額外記憶體的大量增加,本文將展示在相同的封裝內堆疊更多的矽元件的嶄新封裝技術及其發展趨勢。圖1:典型的堆疊晶片級封裝技術。

電視及視訊點播的新的應用推動了超小型及多功能行動電話的普及,具有彩色螢幕和照相機功能的手機熱銷於全球各地市場,因此出現了對堆疊式記憶體解決方案的需要,無線儲存模組在全球的應用日益普及,這一點在亞太地區尤其如此。每個行動電話製造商要求採用不同的晶片組合,當生產量低的時候還不是問題,但是隨著中國大陸、台灣地區、韓國和亞太地區行動電話製造商的迅速增加,對堆疊式封裝技術的採用,用戶定製堆疊式產品的模式使供應鏈面臨更大的風險。對於行動電話製造商而言,要在產品開始投產前準確預測的記憶體配置非常困難,因為激烈的市場競爭環境常迫使生產廠商在生產前最後一刻對產品軟體及性能加以改變。要減少行動電話製造商的風險,業界需要來調整商業模式,使堆疊式元件更為標準而且更利於業務的拓展。

為將堆疊式記憶體產品以更快的速度投入市場,英特爾開發了一種稱為‘分層封裝’的方法,該方法對一組通過預先品質檢驗的產品,按照行動電話製造商的需要進行迅速配置和分層封裝,因而為行動電話製造商提供了更大的靈活性,使他們能夠推出更多種類的產品。分層封裝內的記憶體都使用相同的標準佔位空間,因此,行動電話製造商就有可能對幾種型號手機和配置採用相同的電路板。

封裝堆疊技術圖2:先進的底板技術。

無線原始設備製造商始終在尋找一種減少功耗和尺寸的同時增加記憶體密度和性能的方法,人們稱之為2M/2m法則,我們的目標是使m更小時M更大。在這種情況下,它就意味著在減少功耗(milliwatt)和包裝尺寸(millimeter)的同時,增加處理速度(MIPs)和記憶體容量(Mb)。

大多數在日本使用的原始堆疊式記憶體是由含有一個快閃記憶體和一個SRAMM記憶體的雙晶片堆疊式記憶體組成的。目前,採用三、四、或五個晶片構成的堆疊式記憶體已經相當普遍(圖1)。而行動電話中多液晶顯示器(一個主液晶顯示器,一個用於來電顯示)的出現對封裝高度產生了壓力,並對IC製造商提出了挑戰,迫使他們尋找一種在增加內部晶片的同時使封裝更薄的方法。

這一技術使得在更薄的封裝內安裝更薄的晶圓╱晶片和高級的封裝底板成為可能。包括英特爾在內的很多公司可望在近期使晶圓的厚度降低到0.002到0.003寸(圖2),這相當於約一張紙的厚度!使晶圓薄到這樣的程度看起來有一點不可思議,但真正的挑戰在於封裝這些非常薄的晶片的製程。

過去是在厚而硬的矽玻璃片進行封裝,而現在要將如此鬆軟而薄的矽條封裝起來,就要對大部份的封裝設備和加工過程進行重新評估以對這些超薄晶片進行處理。另一個重要因素是封裝底板。它們也須變薄以減少封裝厚度、線跡和空間寬度,使得在不同類型的矽上進行更複雜的佈線成為可能。圖3:堆疊式封裝技術。

目前最普及的封裝底板是一種多層結構,因為兩或四層金屬層的佈線能力、成本和可用性比較好。英特爾公司正致力於改進這種技術,目的不僅是使每一層更薄,而且也使得線跡、空間更為緊密並且實現最大堆疊靈活性的穿孔形式。隨著無線手持系統複雜度的日益提高,在單個封裝內將多種類型晶片連接在一起是無線手持系統設計取得成功的關鍵。

為了滿足無線製造商對高度複雜、高密度和超薄記憶體子系統的需要,英特爾超薄堆疊晶片級封裝(Intel UT-SCSP)技術由此產生。2003年這一封裝技術已經做到將五個超薄記憶體晶片堆疊在1.2mm的厚度內,2004年可望封裝達到1.0mm的厚度(圖3)。英特爾堆疊CSP產品具有英特爾StrataFlash記憶體,是目前最低功耗的多級單元記憶體,它的容量是單一儲存單元儲存數據量的兩倍,它屬於英特爾第四代多級單元技術。這種高密度記憶體的工作電壓是1.8伏,為了滿足無線手持裝置的需要,性能、電池壽命和儲存空間都得到了極大改進。

StrataFlash無線記憶體的晶片尺寸相當於過去採用傳統蝕刻製程生產的每單元一位產品的晶片尺寸的1/4。透過將StrataFlash無線記憶體和新的超薄CSP堆疊封裝技術相結合,英特爾可提供非常小而緊密的堆疊產品方案。大部份產品以非常小的8×10或8×11mm晶片級封裝推出。

未來封裝技術的發展趨勢圖4:封裝與封裝堆疊使配置更加靈。

封裝到封裝堆疊與晶片堆疊及全整合產品之間一直存在爭論,相互比較優缺點不是什麼問題,因為它們都有各自的市場。選擇哪一種封裝製程完全取決於矽良率、對晶片的進行老化測試的需要、電話製造商的平台的穩定性和成熟度。在產品的生命週期早期,採用封裝到封裝堆疊技術(圖4)特別有幫助。

在這個時期,產品要求不那麼穩定,伴隨整個產品的生命週期可能隨時需要作出改變。具有通用佔位空間的封裝到封裝堆疊技術使得供應商可對市場要求的變化迅速做出反映並且仍能保證上市時間。封裝到封裝堆疊技術能夠在某一塊晶片測試良率不高的情況下,或需要專用流程處理的情況下,仍然能夠做到矽片的堆疊。

對堆疊的每個矽片進行個別測試並消除壞片的能力,將決定產品的成本和實際的良率。對於某些產品而言,如不考慮產品的生命週期,由於靈活性和測試的有利條件,封裝到封裝堆疊可能是最好的方案。通常說來,由於某一市場更加成熟,它也可使產品的生命週期的某一部份更為穩定。這樣一來,對於高度靈活的產品的需要就有一定程度的減少。

採用這種技術,一些暢銷的產品產量將增加,滯銷的產品將日落西下。在產品生命週期的這個階段,製造商能夠集中精力於符合產業需要的幾種暢銷產品的性能改進、降低成本和縮小尺寸。這也是全整合和高性能矽方案的一種理想應用,由於可以堆疊其它功能作為選件,因而能夠涵蓋全部無線產品的功能範圍。將來無線手持電話製造商可能會用到三種整合的方案:堆疊矽,封裝到封裝堆疊和具有整合功能的矽,無線電話製造商的大部份產品將繼續從這些技術中大獲益處。具有大量多種封裝和矽整合工具以及符合無線手持產業需求的製造經驗是至關重要的。

作者:Ron Bauer


封裝市場經理


Intel公司




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