2025-04-11 智能仪表资讯 0
在芯片的基本结构中，随着技术的不断发展，传统的二维集成电路（2D IC）已经无法满足市场对更高性能、更低功耗和更小尺寸化要求。因此，3D积体栈（3D Stacked ICs）和系统级封装（System-in-Package, SiP）的概念逐渐被引入到芯片设计中，这些技术为微电子行业带来了新的革命性变革。
芯片的基本结构与进展
在了解3D积体栈和系统级封装之前，我们首先需要回顾一下芯片的基本结构。现代微处理器通常由多个层次组成，从最底层开始，有晶圆上的金属线网、晶体管阵列、金属化覆盖层等；然后是逻辑单元，如CPU核心、内存控制器等；再上面是高速数据交换部分，如PCIe接口；最后，还有保护措施如防静电涂层。
随着工艺节点不断缩小，制造每一代新型号时都需要通过精细化加工来提高性能。然而，由于物理极限限制，每个工艺节点推进所需投入的人力物力资源越来越巨大，而且成本也日益增加。这迫使研发人员寻找新的解决方案以保持创新节奏，而不是简单地依靠规模降低或频率提升。
3D积体栈：新一代集成电路架构
为了克服传统2D IC在面积利用效率上的限制，以及降低信号延迟问题，研究者们提出了三维堆叠集成电路（3DIC）的概念。在这种架构中，不同功能模块可以垂直堆叠而不是平行布局，这样做不仅能减少总面积，还能够显著提高数据传输速率，因为垂直连接比水平连接具有更短的距离。
三维堆叠中的挑战与解决方案
尽管拥有诸多优势，但实现真正可行的3DIC仍然面临许多挑战。一方面，是材料科学问题，比如如何有效隔离不同堆叠之间产生的问题，比如热量累加效应导致温度升高等问题。此外，由于垂直相连会导致信号延迟增大，因此通信机制需要重新设计以适应这类特殊情况。
系统级封装：集成了多种功能至一个包裹中
另一种方法就是将不同的芯片或模块整合到一个较大的包裹中，即系统级封装(SiP)。通过这样做，可以减少互联线长，同时简化 PCB 设计，使得整个电子设备更加紧凑且灵活。此外，它还能提供更多自由度，以便根据应用需求定制各个子系统间的通讯方式。
系统级封装中的关键考虑因素
当选择采用SiP时，一般要考虑以下几个关键因素：
空间利用效率：确保所有必要组件都能放置在有限空间内。
热管理：由于SiP可能包含大量密集部件，因此有效散热成为必要。
信号交互：确保各部分之间能够无缝交流信息，并且尽可能减少延迟。
兼容性与标准化：保证不同供应商生产出的组件能够协同工作，同时遵循业界标准以促进互操作性。
总结来说，作为一种创新性的设计思路，三维積體電路技術以及系統級封裝技術正在為傳統二維設計帶來革命性的變革。这两种方法不仅能够帮助我们克服现有工艺瓶颈，也为未来智能设备的大规模生产提供了可能性，为用户带来更加强大的计算能力和创新的产品形态。
