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3D/2.5D IC 封装发展简史

2025/08/21
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为什么要走向 3D/2.5D?为了满足“更薄、更轻、更高性能、更低功耗”的便携式电子需求,业界从单纯缩晶体管,转向在先进封装层面做文章。这条路一方面提升系统带宽与能效,另一方面也是对摩尔定律的补充和延续。时间线与代表性产品?

2013年:Apple A7开启PoP封装的量产时代

2013年9月发布的 iPhone 5S 内部,首次搭载了采用 PoP(Package on Package) 配置的 Apple A7 处理器,这标志着3D IC封装正式进入量产阶段。

在该封装结构中,Apple A7 使用的是倒装芯片(Flip Chip)封装形式,而其上方则堆叠了一颗 Elpida的 LPDDR3内存封装,采用的是线焊技术(Wire Bond)。
通过上下封装堆叠的方式,有效缩短了内存与处理器之间的连接路径,在保证高性能的同时,实现了更小的封装尺寸,适用于对体积敏感的移动设备。

2014年:SK 海力士推出 HBM,3D堆叠内存走向成熟

2014年初,SK 海力士发布了其高带宽内存(HBM)产品。该产品采用了通过 硅通孔和 微凸点互连的方式,将多达8颗DRAM裸片垂直堆叠在一起。

通过这种3D垂直堆叠结构,HBM显著提高了内存带宽,降低了功耗,同时缩小了封装体积,为高性能计算、图形处理和AI应用提供了全新选择。

2015年:AMD Radeon™ Fury,GPU首次集成HBM

2015年7月,AMD发布了 Radeon™ Fury 显卡,这是第一款将HBM通过TSV和微凸点与GPU整合在一起的图形处理器。其结构基于2.5D封装,将一颗大型GPU裸片与四颗HBM堆栈通过微凸点和TSV集成在同一个TSV载板上。

这种并排式结构大大缩短了GPU与内存之间的通信路径,实现了超高带宽、低延迟和节能特性,成为2.5D封装的重要落地成果。

2016年:Xperi DBI 混合键合实现量产,应用于索尼IMX260

Xperi 推出的DBI(Direct Bond Interconnect)混合键合技术,也在2016年实现实际应用。该技术将介电层之间进行直接低温贴合,并在其中嵌入金属互连,实现超细间距的3D互连。

索尼在其用于 Galaxy S7 Edge 的背照式图像传感器IMX260)中,率先采用了这项技术,通过垂直堆叠图像感应与读出电路,使传感器具备更高分辨率与更快响应速度。

2016年:台积电 CoWoS 实现大规模生产

CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 是台积电的另一项先进封装技术,在2016年也实现了量产。该方案可将多个先进芯片集成于同一块硅中介层上,再与封装基板整合。

CoWoS 结构支持更大的封装尺寸、更高的互连密度,是适用于高性能计算(HPC)、AI训练平台、图形处理器等高带宽需求场景的关键技术。

2018年:英特尔推出EMIB,实现局部高密度互连

自2018年起,英特尔开始在其 Kaby Lake-G 和 Stratix 10 系列产品中部署 EMIB(Embedded Multi-Die Interconnect Bridge) 技术。与传统的整块硅中介层不同,EMIB通过在有机基板内嵌入小型硅桥片,并使用局部高密度微凸点将多个芯片连接起来,如FPGA收发器、HBM或GPU等。

这种结构更灵活,避免了大尺寸硅中介层带来的高成本和良率挑战,是对2.5D封装的一种优化。

2018年:三星的 I‑Cube

2019年:Foveros发布,实现“主动互连板”堆叠

2019年,英特尔推出了名为 Foveros 的3D堆叠封装技术,首个商用产品为 Lakefield
Foveros 的最大特点是将 IO、CPU Core、LLC 或内存(DRAM)制成多个独立裸片,并通过垂直堆叠连接在一起。

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