3D芯片的案例
Moldex3D模流分析之芯片封裝基本步驟
功能導覽 (Function Overview)
Moldex3D芯片封裝模塊，能協助設計師分析不同的芯片封裝成型制程。
在轉注成型分析 (Transfer Molding) 與成型底部填膠分析 (Molded Underfill) 中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線、熱固性塑料的硬化率、流動型式及轉化率；透過后處理結果，能檢測翹曲、金線偏移及導線架偏移的現象。
在壓縮成型分析 (Compression Molding)／嵌入式晶圓級封裝分析 (Embedded Wafer Level Package)／非流動性底部填膠分析 (No Flow Underfill)／非導電性黏著分析 (Non Conductive Paste)中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線及流動型式。
在毛細底部填膠分析 (Capillary Underfill) 中，能模擬毛細流動 (底膠材料受到的表面張力與底膠間接觸角的影響)、凸塊及填膠過程的基板。Moldex3D模擬真實的填膠過程步驟，預測可能產生的空洞位置。
注意：Moldex3D芯片封裝成型模塊支持solid與eDesign (僅轉注成型) 網格模型。
Moldex3D芯片封裝成型的應用
基本步驟 (Basic Procedures)
Moldex3D芯片封裝成型模塊支持不同的芯片封裝成型分析：轉注成型分析、毛細底部填膠分析、成型底部填膠分析、壓縮成型分析、嵌入式晶圓級封裝分析，以及非流動性底部填膠分析／非導電性黏著分析。在Moldex3D開始使用時，點擊新增來創建新的芯片封裝項目或開啟來使用既有的。請注意要將制程類型設為芯片封裝來啟用相關功能。
展開 Moldex3D模流分析之芯片封裝模組導覽
功能導覽 (Function Overview)
Moldex3D芯片封裝模塊，能協助設計師分析不同的芯片封裝成型制程。
在轉注成型分析 (Transfer Molding) 與成型底部填膠分析 (Molded Underfill) 中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線、熱固性塑料的硬化率、流動型式及轉化率；透過后處理結果，能檢測翹曲、金線偏移及導線架偏移的現象。
在壓縮成型分析 (Compression Molding)／嵌入式晶圓級封裝分析 (Embedded Wafer Level Package)／非流動性底部填膠分析 (No Flow Underfill)／非導電性黏著分析 (Non Conductive Paste)中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線及流動型式。
在毛細底部填膠分析 (Capillary Underfill) 中，能模擬毛細流動 (底膠材料受到的表面張力與底膠間接觸角的影響)、凸塊及填膠過程的基板。Moldex3D模擬真實的填膠過程步驟，預測可能產生的空洞位置。
注意：Moldex3D芯片封裝成型模塊支持solid與eDesign (僅轉注成型) 網格模型。
Moldex3D芯片封裝成型的應用
1. 模塊導覽 (Modules Overview)
Moldex3D支持的芯片封裝成型制程：
- 轉注成型 (Transfer Molding)
轉注成型制程將芯片封裝，避免芯片受到任何外在因素的損傷。常用的材料為陶瓷與塑料(環氧成型塑料EMC)，由于塑料成本較低，因此塑料轉注成型是常用的封裝制程技術。
展開 2.5D/3D芯片-封裝-系統協同仿真技術研究
但信息交互和傳遞的需求卻對半導體芯片提出了更高的要求，2016年底全球移動數據流量達到每月 7.2 EB（1 EB=260Bit），這個數字到 2021 年會超過每個月49 EB[11]。在2005年，國際半導體技術路線圖組織(ITRS)提出了“后摩爾定律”，以多重技術創新應用向前發展，以應對和滿足未來市場的需求。系統級芯片（system on chip, SoC）與系統級封裝 (system in package，SiP)都是實現更高性能，更低成本的方式[2]，其中以三維立體封裝為代表的先進封裝技術將是后摩爾時代的核心驅動力之一，當前有多種3D堆疊技術，包括Bond wire， Flip chip及TSV等 [7] 。通過先進封裝的技術，越來越多的2.5D/3D芯片相繼面世，3D封裝和 2.5D封裝之間的基本區別在于，2.5D 封裝在Interposer上并排互連芯片，而 3D 互連層將芯片進行堆疊，即互連結構在彼此的頂部[16]。業界無論從設計者還是晶圓廠都在大力發展2.5D/3D封裝的相關技術。
TSMC是全球領先的晶圓代工廠，也是目前晶圓級先進封裝技術的代表和推動者，最早在2015年，其在蘋果的A9處理器上已經使用了InFo封裝技術，TSMC版A9處理器的續航能力明顯強出三星代工的芯片，從此TSMC不斷增強和鞏固其在先進封裝的優勢技術地位，其認為芯片的3D互連將是未來的重要發展趨勢，能夠有效提升系統效能、縮小芯片面積并整合不同功能。
展開 索尼3D攝像頭芯片明年量產 傳華為下代機型將采用
圖示：索尼出產的3D攝像頭模塊
網易科技訊 12月28日消息，據國外媒體報道，作為全球最大的智能手機攝像頭芯片制造商，索尼公司在獲得包括蘋果公司在內的客戶興趣后，正在提高下一代3D傳感器芯片的產量。
索尼傳感器部門主管吉原聰(Satoshi Yoshihara)表示，這些芯片會在2019年應用于多家智能手機制造商的前置后置3D相機，索尼將在當年夏末開始量產以滿足需求。吉原聰拒絕透露銷售或生產目標，但表示3D傳感器業務已經開始盈利，并將對從4月份開始的本財年收益產生積極影響。
索尼這種對3D傳感器芯片的樂觀前景，也為全球智能手機行業提供了亟需的樂觀情緒。由于消費者升級設備的理由減少，全球智能手機行業增速正在放緩。這家總部位于東京的公司已開始向外部開發人員提供軟件工具包，以便于測試這種芯片并創建應用程序，生成用于通信的人臉模型或用于網上購物的虛擬物品。
圖示：索尼3D芯片技術能夠展示出圖像的深度數據。
吉原聰表示，“相機徹底改變了手機。眼之所至，我對3D傳感器芯片也有同樣的期待。”其在手機攝像頭行業已經工作了數十年，“速度會因外部環境而異，但我們肯定會看到3D技術的廣泛應用。對這一點我很確定。”
索尼控制著大約一半的相機芯片市場，并為蘋果、Alphabet和三星電子等客戶供貨，不過吉原聰以保密協議為由拒絕透露其主要客戶。知情人士本月早些時候表示，華為將在下一代機型中采用索尼的3D攝像頭。
圖示：索尼傳感器部門主管吉原聰
當然，索尼并不是唯一一家3D芯片制造商，其競爭對手Lumentum和意法半導體(STMicroelectronics NV)也已經找到了3D芯片的用途，比如通過面部識別解鎖手機，或者通過測量深度來提高夜間拍照時的對焦效果。
吉原聰表示，索尼的技術不同于現有芯片的“結構光”技術，后者在精度和距離方面存在限制。
展開 
Moldex3D模流分析之芯片封裝模擬方案
IC封裝是以固態封裝材料 (Epoxy Molding Compound, EMC)及液態封裝材料(Liquid Molding Compound, LMC)進行封裝的制程，藉以達到保護精密電子芯片避免物理損壞或腐蝕。在封裝的過程中包含了微芯片和其他電子組件(所謂的打線)、熱固性材料的固化反應、封裝制程條件控制之間的交互作用。由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
Moldex3D 解決方案
Moldex3D芯片封裝模塊目前支持的分析項目相當完善，以準確的材料量測為基礎，除了基本的流動充填與硬化過程模擬；并延伸到其他先進制造評估，例如 : 金線偏移、芯片偏移、填充料比例、底部填充封裝、后熟化過程、應力分布與結構變形等。透過精準的模擬可以預測及解決重大成型問題，將有助于產品質量提升，更可以有效地預防潛在缺陷；藉由模擬優化達到優化設計，并縮減制造成本和周期。
展開 韓國研究人員3D打印功能性氣管芯片
“我們的3D細胞打印系統使我們能夠以高通量輕松制作氣道原型，并允許我們將各種類型的細胞直接放置在氣道結構的特定位置，以模擬細胞如何在自然組織中排列，”Park說。 “該技術可用于設計多種類型的芯片，甚至可以用于除氣道以外的印刷器官模型。”
在動物和人體上測試藥物是昂貴的，耗時的并且通常是不道德的，因此產生準確模仿人體器官的芯片上器官是推進藥物的必要步驟。 “我們的新模型可用于研究這些相互作用，并更好地了解它們在人類呼吸系統疾病中的作用，”Park說。 “因此，3D細胞印刷的氣道芯片可用作動物模型的有力補充，用于分析病理生理學和測試臨床前階段藥物的效率。”
來源：中國3D打印網
展開 3D芯片的三種方法
由于 3D 芯片堆疊，AMD 的下一代 CPU 小芯片也提供了該選項。當然，這不是售后市場的附加組件，但如果您正在尋找具有更多魅力的計算機，那么訂購具有超大緩存內存的處理器可能是您的選擇。
盡管
Zen 2
和新的
Zen 3
處理器內核都使用相同的臺積電制造工藝制造——因此具有相同尺寸的晶體管、互連和其他一切——AMD 進行了如此多的架構改動，這讓他們即使沒有額外的高速緩存的前提下，Zen 3也能平均提供 19% 的性能提升。其中一個架構瑰寶是包含一組硅通孔 (TSV)，垂直互連直接穿過大部分硅。TSV 構建在 Zen 3 的最高級別緩存中，即稱為 L3 的 SRAM 塊，它位于計算小芯片的中間，并在其所有八個內核之間共享。
在用于數據繁重工作負載的處理器中，Zen 3 晶圓的背面被減薄，直到 TSV 暴露出來。然后使用所謂的混合鍵合將一個 64 兆字節的 SRAM 小芯片鍵合到那些暴露的 TSV 上——這一過程類似于將銅冷焊在一起。結果是一組密集的連接可以緊密到 9 微米。最后，為了結構穩定性和熱傳導，附加空白硅芯片以覆蓋 Zen 3 CPU 芯片的其余部分。
通過將額外的內存設置在 CPU 芯片旁邊來添加額外的內存不是一種選擇，因為數據需要很長時間才能到達處理器內核。“盡管 L3 [緩存] 大小增加了三倍，但 3D V-Cache 僅增加了四個 [時鐘] 周期的延遲——這只能通過 3D 堆疊來實現，”
AMD 高級設計工程師 John Wuu
表示。
更大的緩存在高端游戲中占有一席之地。使用臺式機銳龍 CPU 和 3D V-Cache 可將 1080p 的游戲速度平均提高 15%。
展開 Moldex3D模流分析之芯片封裝模擬方案
IC封裝是以固態封裝材料 (Epoxy Molding Compound, EMC)及液態封裝材料(Liquid Molding Compound, LMC)進行封裝的制程，藉以達到保護精密電子芯片避免物理損壞或腐蝕。在封裝的過程中包含了微芯片和其他電子組件(所謂的打線)、熱固性材料的固化反應、封裝制程條件控制之間的交互作用。由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
Moldex3D 解決方案
Moldex3D芯片封裝模塊目前支持的分析項目相當完善，以準確的材料量測為基礎，除了基本的流動充填與硬化過程模擬；并延伸到其他先進制造評估，例如 : 金線偏移、芯片偏移、填充料比例、底部填充封裝、后熟化過程、應力分布與結構變形等。透過精準的模擬可以預測及解決重大成型問題，將有助于產品質量提升，更可以有效地預防潛在缺陷；藉由模擬優化達到優化設計，并縮減制造成本和周期。
展開 Moldex3D仿真分析之芯片封裝制程挑戰與不確定性
IC封裝是以固態封裝材料 (Epoxy Molding Compound, EMC)及液態封裝材料(Liquid Molding Compound, LMC)進行封裝的制程，藉以達到保護精密電子芯片避免物理損壞或腐蝕。在封裝的過程中包含了微芯片和其他電子組件(所謂的打線)、熱固性材料的固化反應、封裝制程條件控制之間的交互作用。由于微芯片封裝包含許多復雜組件，故芯片封裝制程中將會產生許多制程挑戰與不確定性。常見的IC封裝問題如：充填不完全、空孔、金線偏移、導線架偏移及翹曲變形等。
Moldex3D 解決方案
Moldex3D芯片封裝模塊目前支持的分析項目相當完善，以準確的材料量測為基礎，除了基本的流動充填與硬化過程模擬；并延伸到其他先進制造評估，例如 : 金線偏移、芯片偏移、填充料比例、底部填充封裝、后熟化過程、應力分布與結構變形等。透過精準的模擬可以預測及解決重大成型問題，將有助于產品質量提升，更可以有效地預防潛在缺陷；藉由模擬優化達到優化設計，并縮減制造成本和周期。
展開 當芯片設計遭遇3D瓶頸...
本文原刊登于semi.org：《IC Design Crashes Into the 3D Wall: Multiphysics Platforms Ride to the Rescue》
作者：John Lee
三維集成電路（3D-IC）徹底變革了半導體行業的發展。3D-IC通過堆疊和互聯裸片制造，因此它們可以作為單個設備運行，通過提升性能和帶寬實現更多功能，同時還能降低功耗、封裝尺寸和成本。
然而，3D-IC給工程師帶來嚴峻的設計挑戰。因為顯著大于單芯片片上系統（SoC），3D-IC擁有更多組件、更多集成點和更長的互聯，這將造成高頻信號故障、可靠性和其他性能問題（比如熱積聚）等新風險。
隨著芯片和系統之間的界限不斷模糊，工程師必須開展并行的多變量分析，才能評估每種可能的故障模式——不僅在組件層面，而且在整個3D-IC總成上開展分析。對習慣以順序方式應用一系列單物理工程仿真工具的許多研發團隊來說，這形成了技術障礙。
3D-IC使用串行分析方法裝配在復雜的封裝內，該方法沒有充分考慮系統級交互以及可能發生故障的數千個凸塊連接點。相反，并行、多變量仿真與分析從設計的最初原型制作階段就同時考慮了所有物理因素。
大多數半導體研發團隊不僅缺乏開展這種復雜仿真與分析的技術工具，而且在進行系統級分析時，還面臨文化上的障礙。采用不同工具的多元化團隊根本無法從早期階段就在復雜的3D-IC設計上進行無縫交接和有效協作。相反，他們往往要在后期階段爭先解決系統級問題。此時很可能導致發布延遲，返工成本高，而且他們對設計的積極影響也變得微乎其微。
展開 Moldex3D模流分析之晶片封裝成型功能導覽(一)
芯片封裝成型總覽 (IC Packaging)
Moldex3D芯片封裝成型模塊不僅預測芯片封裝成型制程，亦能協助金線偏移與導線架變形的現象，也能與FEA軟件接軌執行更深入的結構分析。而且，Moldex3D芯片封裝模塊能進行六種不同的芯片封裝成型制程仿真：轉注成型 (Transfer Molding)、毛細底部填膠 (Capillary Underfill)、成型底部填膠 (Molded Underfill)、壓縮成型 (Compression Molding)、嵌入式晶圓級封裝 (Embedded Wafer Level Package)、非流動性底部填膠(No Flow Underfill) 及非導電性黏著 (Non Conductive Paste) 制程。
1. 功能導覽 (Function Overview)
Moldex3D芯片封裝模塊，能協助設計師分析不同的芯片封裝成型制程。
在轉注成型分析 (Transfer Molding) 與成型底部填膠分析 (Molded Underfill) 中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線、熱固性塑料的硬化率、流動型式及轉化率；透過后處理結果，能檢測翹曲、金線偏移及導線架偏移的現象。
在壓縮成型分析 (Compression Molding)／嵌入式晶圓級封裝分析 (Embedded Wafer Level Package)／非流動性底部填膠分析 (No Flow Underfill)／非導電性黏著分析 (Non Conductive Paste)中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線及流動型式。
在毛細底部填膠分析 (Capillary Underfill) 中，能模擬毛細流動 (底膠材料受到的表面張力與底膠間接觸角的影響)、凸塊及填膠過程的基板。
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科普：芯片中的“層”，“層層”全解析
后來，業界發明了硅通孔(TSV)技術，堆疊的芯片裸片之間的信號是通過TSV連接，形成了更加緊湊的多芯片堆疊封裝芯片(圖7b)。
圖7.多芯片堆疊封裝示意圖(來源：Jin-Fu Li,EE,NCU)
這種芯片內部有多個電路層，它們可以稱為立體芯片，或者稱為3D芯片。但是，這種3D芯片是在封裝階段通過多層芯片裸片堆疊形成的，從芯片制造角度看，這種3D芯片只能看作是偽3D芯片。
四、多層電路層堆疊制造，形成真3D芯片
目前，芯片制造工藝已發展到爐火純青的地步。為了節省硅片面積，在下面的電路層制作完成之后，可以繼續在其上制做另一層電路層，形成兩個、甚至多個電路層在硅晶圓上的堆疊，在芯片制造階段就完成了3D芯片的制造。這樣就實現了真正意義上的立體芯片，也簡稱3D芯片。
這種技術目前主要用在3DNAND閃存等很規則的芯片制造領域。存儲單元(Memory Cell)采用側向結構。一般地，閃存芯片如果號稱是N層的NAND閃存，就至少有N個電路層。目前，三星的3D V-NAND存儲單元的層數已由2009年的2層逐漸提升至24層、64層，再到2018年的96層[2]，2019年8月完成128層V-NAND閃存的開發，并實現量產。三星計劃2021年下半年則會量產第7代V-NAND閃存,堆疊層數提升到176層。美光已發布了采用最新技術的第五代176層3D NAND閃存芯片[4]。
展開 科普：芯片中的“層”，“層層”全解析！
經過電路層制造、劃片、封裝和測試，就完成了芯片制造的全過程。這種單個電路層的芯片就是早期傳統的平面芯片(2D芯片)。
三、多層芯片堆疊封裝，形成偽3D芯片
隨著芯片封裝工藝進步，為了縮小芯片尺寸，業界發明了多層芯片堆疊封裝技術。開始時，堆疊封裝是把多個芯片裸片堆疊放置在一起，把芯片之間的信號通過邦定(bonding)技術連結，組成內部的完整系統，再把外部信號通過封裝引腳外連，最后封裝成為一個完整芯片(圖7a)。后來，業界發明了硅通孔(TSV)技術，堆疊的芯片裸片之間的信號是通過TSV連接，形成了更加緊湊的多芯片堆疊封裝芯片(圖7b)。
圖7.多芯片堆疊封裝示意圖(來源：Jin-Fu Li,EE,NCU)
這種芯片內部有多個電路層，它們可以稱為立體芯片，或者稱為3D芯片。但是，這種3D芯片是在封裝階段通過多層芯片裸片堆疊形成的，從芯片制造角度看，這種3D芯片只能看作是偽3D芯片。
四、多層電路層堆疊制造，形成真3D芯片
目前，芯片制造工藝已發展到爐火純青的地步。為了節省硅片面積，在下面的電路層制作完成之后，可以繼續在其上制做另一層電路層，形成兩個、甚至多個電路層在硅晶圓上的堆疊，在芯片制造階段就完成了3D芯片的制造。這樣就實現了真正意義上的立體芯片，也簡稱3D芯片。
這種技術目前主要用在3DNAND閃存等很規則的芯片制造領域。存儲單元(Memory Cell)采用側向結構。一般地，閃存芯片如果號稱是N層的NAND閃存，就至少有N個電路層。目前，三星的3D V-NAND存儲單元的層數已由2009年的2層逐漸提升至24層、64層，再到2018年的96層[2]，2019年8月完成128層V-NAND閃存的開發，并實現量產。三星計劃2021年下半年則會量產第7代V-NAND閃存,堆疊層數提升到176層。
展開 Moldex3D模流分析之Transfer Molding
功能導覽 (Function Overview)
Moldex3D芯片封裝模塊，能協助設計師分析不同的芯片封裝成型制程。
在轉注成型分析 (Transfer Molding) 與成型底部填膠分析 (Molded Underfill) 中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線、熱固性塑料的硬化率、流動型式及轉化率；透過后處理結果，能檢測翹曲、金線偏移及導線架偏移的現象。
在壓縮成型分析 (Compression Molding)／嵌入式晶圓級封裝分析 (Embedded Wafer Level Package)／非流動性底部填膠分析 (No Flow Underfill)／非導電性黏著分析 (Non Conductive Paste)中，Moldex3D芯片封裝成型模塊能分析空洞、縫合線及流動型式。
在毛細底部填膠分析 (Capillary Underfill) 中，能模擬毛細流動 (底膠材料受到的表面張力與底膠間接觸角的影響)、凸塊及填膠過程的基板。Moldex3D模擬真實的填膠過程步驟，預測可能產生的空洞位置。
注意：Moldex3D芯片封裝成型模塊支持solid與eDesign (僅轉注成型) 網格模型。
Moldex3D芯片封裝成型的應用
基本步驟 (Basic Procedures)
Moldex3D芯片封裝成型模塊支持不同的芯片封裝成型分析：轉注成型分析、毛細底部填膠分析、成型底部填膠分析、壓縮成型分析、嵌入式晶圓級封裝分析，以及非流動性底部填膠分析／非導電性黏著分析。在Moldex3D開始使用時，點擊新增來創建新的芯片封裝項目或開啟來使用既有的。請注意要將制程類型設為芯片封裝來啟用相關功能。
以下將列出芯片封裝成型的一般步驟，將分為三個階段：準備模型、分析設定及后處理。
展開 科普：芯片中的“層”，“層層”全解析
圖5.平面和側向的晶體管結構
圖6.平面和側向的閃存單元結構
早期的芯片制造工藝比較傳統，在硅晶圓上只能制造一個電路層。以圖5所示的晶體管和圖6所示的閃存單元舉例，電路元器件的結構不管是平面的(圖5a、圖6a)，或者是側向的(圖5b、圖6b)，元器件上面不再有元器件的堆疊。經過電路層制造、劃片、封裝和測試，就完成了芯片制造的全過程。這種單個電路層的芯片就是早期傳統的平面芯片(2D芯片)。
三、多層芯片堆疊封裝，形成偽3D芯片
隨著芯片封裝工藝進步，為了縮小芯片尺寸，業界發明了多層芯片堆疊封裝技術。開始時，堆疊封裝是把多個芯片裸片堆疊放置在一起，把芯片之間的信號通過邦定(bonding)技術連結，組成內部的完整系統，再把外部信號通過封裝引腳外連，最后封裝成為一個完整芯片(圖7a)。后來，業界發明了硅通孔(TSV)技術，堆疊的芯片裸片之間的信號是通過TSV連接，形成了更加緊湊的多芯片堆疊封裝芯片(圖7b)。
圖7.多芯片堆疊封裝示意圖(來源：Jin-Fu Li,EE,NCU)
這種芯片內部有多個電路層，它們可以稱為立體芯片，或者稱為3D芯片。但是，這種3D芯片是在封裝階段通過多層芯片裸片堆疊形成的，從芯片制造角度看，這種3D芯片只能看作是偽3D芯片。
四、多層電路層堆疊制造，形成真3D芯片
目前，芯片制造工藝已發展到爐火純青的地步。為了節省硅片面積，在下面的電路層制作完成之后，可以繼續在其上制做另一層電路層，形成兩個、甚至多個電路層在硅晶圓上的堆疊，在芯片制造階段就完成了3D芯片的制造。這樣就實現了真正意義上的立體芯片，也簡稱3D芯片。
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