AI算力主要的先进封装工艺方式详解

根据最新行业资料，AI算力领域主要采用以下几种先进封装工艺方式，每种技术都有其独特优势和应用场景：

AI算力需求的爆炸式增长，已不再能仅依靠缩小晶体管尺寸来满足。先进封装技术通过将多个芯片（如处理器、内存、加速器）高密度、高性能地集成在一起，已成为提升算力的核心路径。目前主要的先进封装工艺方案，可以按照其技术原理和行业生态来划分：

1. 2.5D/3D封装技术

工作原理：2.5D封装在芯片与基板之间加入硅中介层进行打孔和布线，通过硅通孔（TSV）连接上下表面金属；3D封装则将多个芯片垂直堆叠，通过TSV实现芯片间电气连接。

主要技术：

• CoWoS（台积电）：将芯片堆叠于硅中介层上再封装于基板，是目前AI芯片最主流的封装方式，全球绝大部分AI芯片厂商采用此技术，目前产能全线满载

• SoIC（台积电）：3D硅堆叠技术，属于台积电3DFabric平台的前端技术

• I-Cube（三星）：三星的2.5D封装技术

• EMIB（英特尔）：嵌入式多芯片互连桥，通过基板内的微型硅桥连接芯片，具有成本效益高、良率提升、生产效率高、尺寸优化等优势

• Foveros（英特尔）：支持2.5D与3D堆叠，采用TSV与硅中介层，特别适用于客户端与边缘应用场景

优势：提高芯片集成度和性能，缩短互连距离，降低延迟和功耗，突破"内存墙"制约

应用场景：GPU、CPU超算、HBM存储芯片等高性能计算领域

2. Chiplet（芯粒）技术

工作原理：将单一复杂芯片拆分为多个小型、独立且可复用的芯粒单元，通过先进封装技术实现不同工艺、材料和功能芯片的灵活组合。

优势：

• 小芯粒提升晶圆良率，降低生产风险

• 多芯片分布式架构满足高效能计算和扩展需求

• 异构芯片的灵活集成提升设计灵活性，有效控制成本

• 克服单片SoC在光罩尺寸、成本与良率方面的瓶颈

应用场景：AI加速器、高性能计算芯片、异构集成系统

3. 扇出型（Fan-out）封装技术

工作原理：通过重构芯片的封装结构，将芯片的I/O引脚重新布局在封装基板的边缘，形成扇出型结构，实现更小的封装尺寸和更高的I/O密度。

主要技术：

• Fan-out：晶圆扇出技术

• XDFOI™：长电科技自主研发的多维扇出集成技术，已实现4nm Chiplet量产

优势：提高封装可靠性，实现更薄的封装和更多的I/O，使AI芯片能够与其他组件更紧密地集成

应用场景：无线芯片、基带芯片、移动设备、5G与消费电子

4. 混合键合技术

工作原理：结合铜-铜和氧化物-氧化物键合，在芯片之间创建高度可靠、低功耗的连接。2021年展示的技术已将间距缩小至3微米。

优势：实现紧密的芯片集成，提高速度并降低功耗，减少占用空间并提高数据传输速率

应用场景：内存和逻辑组件的3D堆叠，需要高速数据移动的AI任务

5. 晶圆级封装（WLP）

工作原理：在芯片还在晶圆上的时候就对芯片进行封装，保护层黏接在晶圆的顶部或底部，然后连接电路，再将晶圆切成单个芯片。

类型：

• 扇入型：RDL走线向内布线，面积受限，约200个I/O和0.6mm将达到上限

• 扇出型：通过扩展封装的可用面积，RDL走线可以向内和向外布线，实现更薄的封装和更多的I/O

应用场景：移动设备、物联网设备等对尺寸要求严格的场景

6. 系统级封装（SiP）

工作原理：将多种功能芯片集成为一颗芯片，压缩模块体积、缩短电气连接距离。

优势：通过改变模组及缩小尺寸，为终端产品提供更大的电池空间，集成更多功能；通过异质整合减少组装厂工序，降低产业链复杂度

应用场景：可穿戴设备、XR设备、消费电子等对微型化要求高的领域

7. 倒装芯片（Flip Chip/FC）封装

工作原理：将芯片功能区朝下以倒扣的方式背对着基板，通过焊料凸点（Bump）与基板进行互联。基础的倒装芯片采用回流焊作为键合方案，此外还有热压焊、超声焊和胶粘连接等方案。

历史：起源于20世纪60年代，由IBM率先研发，是发展时间最长的先进封装技术

应用场景：作为基础互连技术，广泛应用于各种先进封装中

8. 玻璃基板技术（新兴技术）

工作原理：使用玻璃材料替代传统有机基板，提供更高的互连密度和平面度。

优势：超低平面度、更好的热稳定性和机械稳定性，能够大幅提高基板上的互连密度

发展现状：英特尔计划在2030年前实现玻璃基板的量产；日本企业Rapidus于2025年SEMICON Japan展会上首次展示采用600 x 600毫米玻璃基板的面板级封装原型，计划2028年前完成技术优化并投入大规模生产

9. 共封装光器件技术（CPO）

工作原理：将光学器件与电子芯片共同封装，实现光电一体化

优势：在传输损耗、抗干扰能力、带宽容量和能效比方面展现出显著优势

应用场景：高速数据传输、AI数据中心互联

AI算力清洗- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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