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3D芯片堆疊封裝技術(shù)改變電子產(chǎn)品

2017-12-18 15:48:54

芯片作為幾乎所有電子產(chǎn)品最基礎(chǔ)的一個組成部分,現(xiàn)在出現(xiàn)了一種很有意思的現(xiàn)象。一般又薄又平的微芯片,如今卻堆疊得像薄煎餅?zāi)菢?,由二維變成三維——給電子設(shè)備帶來重大的變化。

芯片設(shè)計師們正在發(fā)現(xiàn)那種堆疊方式在性能、能耗和功能上帶來各種出人預(yù)料的好處。

如果沒有這種技術(shù)的出現(xiàn),蘋果智能手表Apple Watch也沒辦法做出來,三星最先進的固態(tài)存儲器、來自英偉達和谷歌的人工智能系統(tǒng)和索尼超級快速的新型相機也受益于堆疊芯片。

這種3D堆疊類似于城市規(guī)劃。沒有它的話,產(chǎn)品需要內(nèi)置更多的零部件,電路板上的微芯片就會不斷伸展,微芯片之間的距離會越隔越遠(yuǎn)。但是,只要開始對芯片進行堆疊,你就能形成一個硅制“城市”,里面的一切會變得更加緊湊。

從物理學(xué)角度來看,這種設(shè)計具有非常大的優(yōu)勢:當(dāng)電子需要通過銅線行進更長的距離的時候,會消耗更多的能量,產(chǎn)生熱量,同時也會減少頻寬。ARM旗下微芯片設(shè)計公司ARM Research未來硅技術(shù)主管格雷格•耶里克(Greg Yeric)指出,堆疊式芯片更加高效,產(chǎn)生較少的熱量,能夠以光速在短得多的互連通道里進行通信。

雖然3D堆疊芯片的原理非常簡單,但要制造起來卻困難重重。耶里克說道,3D堆疊芯片技術(shù)概念在1960年代被提出,此后零散地出現(xiàn)在一些高端應(yīng)用當(dāng)中,比如軍用硬件。

然而,TechInsights微芯片研究公司分析師辛金•迪克森-沃倫(Sinjin Dixon-Warren)指出,來自大多數(shù)大型芯片廠商(AMD、蘋果、英特爾、三星和英偉達)和Xilinx等小型的專業(yè)公司的堆疊式芯片產(chǎn)品,才出現(xiàn)了五年左右。
堆疊式芯片通常是其它蜷縮起來的芯片的“封裝”的一部分。除了能夠節(jié)省空間以外,也能讓廠商們能夠通過不同的制造工藝打造許多不同的芯片,然后將它們粘合在一起。“3D堆疊式封裝”的做法不同于頻繁用于手機的“系統(tǒng)級芯片”做法,后者是將所有不同的手機部件蝕刻在單一的硅片上。

迪克森-沃倫稱,從第一代開始,Apple Watch就由最先進的3D堆疊式芯片封裝之一驅(qū)動。在該智能手表中,30種不同的芯片密封在一個塑料包層里面。為了節(jié)約空間,存儲芯片都堆疊在邏輯電路上面。如果沒有芯片堆疊技術(shù),該手表的設(shè)計就無法做得如此緊湊。

蘋果的芯片只是堆疊成兩層高,而三星卻做出了名副其實的硅制“高樓大廈”。三星用于手機、相機和筆記本數(shù)據(jù)存儲的V-NAND閃存足足堆疊了64層芯片。三星也剛剛宣布,未來的版本將會有96層。


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