3D 封装(3D Packaging)
多芯片垂直堆叠 — 通过 TSV 与 混合键合 实现 die-to-die 直连,是 HBM 持续堆叠和下一代 AI 芯片(SoIC / Foveros)的物理基础(据2-05)。
∈ belongs_to::2-05-先进封装
是什么
不再把 die 在水平面并排(2.5D 封装),而是 把多颗 die 像三明治一样垂直叠起来,通过:
- TSV(硅通孔) — 在 die 上打通垂直信号通道
- 混合键合(Hybrid Bonding) — 取消焊球,铜-铜直接键合,节距进入亚微米级
实现极短互联、极高密度、极低功耗的 die-to-die 直连。
主流应用
1. HBM stack 内部堆叠
HBM 本身就是 3D 封装的成功案例 — 8/12 层 DRAM die 通过 TSV 垂直堆叠。HBM4 升级至 16 层堆叠的关键正是 混合键合 取代微凸点(据2-05)。
2. 逻辑芯片 3D 堆叠(SoIC / Foveros)
- 台积电 SoIC — 晶圆级 3D 集成,应用于下一代 AI 芯片
- Intel Foveros — Meteor Lake / Ponte Vecchio 已量产
- 三星电子 X-Cube — 3D-IC 平台
3. 3D NAND
NAND Flash 通过电荷阱栅极的垂直堆叠(128/232/400 层)实现容量倍增,长江存储 Xtacking 用 混合键合 将存储阵列与 CMOS 逻辑分晶圆加工后键合。
4. CMOS Image Sensor
Sony、三星把像素层与逻辑层 3D 堆叠,提升 BSI CMOS 性能。
关键工艺挑战
- 散热 — 垂直堆叠后热密度急剧上升,需配合 液冷 解决
- 良率 — 单 die 良率叠乘,对每层质量要求极高
- 测试 — KGD(Known Good Die)筛选成本上升
- 设备 — 混合键合 设备由 BESI / Applied Materials / EVG 主导
与 2.5D 的关系
2.5D 与 3D 是 互补而非替代:当代 AI 芯片普遍采用 "2.5D(GPU + HBM 并排)+ 3D(HBM 内部堆叠)" 混合模式。下一代演进路线是 GPU 本身也走向 3D 堆叠(SoIC)。