随着半导体行业不断追求更高性能和更小尺寸，先进封装技术在多芯片异构集成中变得越来越重要。本文概述2D、2.1D和2.3D集成电路集成方法，重点介绍主要特点、制造过程和应用。
2D集成电路集成
2D集成电路集成指的是将多个芯片并排放置在封装基板或印刷线路板（PCB）上。这种方法实现了基本的多芯片集成，而无需复杂的3D堆叠。
主要的2D集成方法包括：
金线键合
金线键合是一种传统方法，使用细金线连接芯片焊盘和基板焊盘：
图1：展示多芯片金线键合
倒装芯片
在倒装芯片技术中，芯片表面的焊球直接与基板焊盘键合：
图2.展示多芯片倒装芯片键合
金线键合和倒装芯片的组合
一些封装使用金线键合和倒装芯片的组合方式连接不同的组件：
图3.展示同时使用金线键合和倒装芯片的封装
扇出型晶圆级封装（FOWLP）
FOWLP通过将芯片连接重新分布到芯片区域之外，实现更高的I/O密度。主要有两种方法：
芯片优先：先将芯片嵌入模塑料中，然后形成重布线层（RDL）。
芯片后置：先形成RDL，然后再附着芯片。
图4.展示扇出型封装的示例
2.1D集成电路集成
2.1D集成涉及在标准封装基板上创建细间距互连，弥补了2D和3D集成之间的差距。
2.1D集成的主要特点：
在常规基板上构建具有细线/间距（L/S）的薄膜层
实现比标准基板更高的互连密度
不需要硅通孔（TSV）
相比完整的3D集成成本更低
2.1D集成方法的例子：
新光电气的i-THOP
新光电气的集成薄膜高密度有机封装（i-THOP）在有机基板上使用薄膜层：
图5. 展示i-THOP结构
英特尔的EMIB
英特尔的嵌入式多芯片互连桥（EMIB）在封装基板中嵌入硅桥，用于芯片间连接：
图6. 展示英特尔的EMIB技术
台积电的LSI
台积电的局部硅互连（LSI）在模塑料中嵌入硅桥，用于芯片互连：
图7. 台积电的LSI概念
2.3D集成电路集成
2.3D集成指的是在标准封装基板上使用无核心有机或无机中介层。这种方法提供了比2.1D更高的互连密度，同时避免了使用TSV进行全3D堆叠的复杂性。
2.3D集成的主要特点：
无核心中介层实现更精细的互连
比传统基板具有更高的布线密度
更好的电气性能
更小的形状因子
相比基于TSV的3D集成成本更低
2.3D集成的挑战：
由于缺少核心而导致的翘曲
层压材料可能出现碎裂
需要新的制造基础设施
有机中介层制造方法
传统PCB/SAP工艺
这种方法使用标准PCB制造技术创建有机中介层：
图8. 新光电气的有机中介层概念
扇出型（芯片优先）工艺
使用芯片优先的扇出型晶圆级封装技术创建中介层：
图9. Statschippac的扇出型有机中介层
扇出型（芯片后置）工艺
使用芯片后置或RDL优先的扇出型工艺制造中介层：
图10. 三星的扇出型有机中介层工艺
案例研究：欣兴电子的2.3D RDL中介层
让我们详细研究一个使用欣兴电子RDL中介层技术的2.3D集成例子：
测试载体
测试载体包含两个芯片：
大芯片：10mm x 10mm x 150μm，3，592个I/O
小芯片：5mm x 5mm x 150μm，1，072个I/O
最小焊盘间距：50μm
图11. 测试芯片细节
RDL中介层
RDL中介层特点：
3个金属层，线宽/间距分别为2/2μm、5/5μm和10/10μm
在515mm x 510mm玻璃载体上制造
顶部4，664个焊盘用于芯片附着
底部4，039个焊盘用于C4凸点附着
图12. RDL中介层结构
构建封装基板
使用常规的2-2-2构建基板：
尺寸：23mm x 23mm x 1.3mm
顶部4，039个焊盘与RDL中介层匹配
底部475个焊盘用于BGA附着
图13. 构建基板细节
混合基板形成
RDL中介层通过C4凸点附着到构建基板上：
在RDL中介层焊盘和基板凸点上涂抹助焊剂
将RDL中介层与基板对齐并放置
回流形成焊点
填充底部填充物
图14. 混合基板的横截面
最终组装
从RDL中介层上移除玻璃载体
使用微凸点将芯片附着到暴露的RDL中介层表面
填充底部填充物
图15. 展示最终封装的横截面
可靠性分析
进行了有限元分析以评估热循环可靠性：
温度循环：-40°C至85°C
关键区域：微凸点和C4凸点焊点
主要发现：
每循环最大累积蠕变应变：5.93%（在微凸点中）
每循环最大蠕变应变能密度：2.63 MPa（在微凸点中）
微凸点焊点经历的应变是C4凸点的4-5倍
整体结构在大多数操作条件下预期可靠
图16. 累积蠕变应变结果
结论
2D、2.1D和2.3D集成电路集成技术为异构集成提供了一系列解决方案，平衡了性能、成本和可制造性。2D集成仍被广泛使用，但2.1D和2.3D方法在高性能应用中正在获得关注。随着行业的不断发展，这些中间集成级别将在传统封装和完整3D集成之间发挥关键作用。
参考文献
J. H. Lau, "Semiconductor Advanced Packaging," Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021.
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