3D堆疊技術
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-27
3D堆疊技術的實例教程
也就是說，研究重點都放在如何實現單位面積上元器件數量的增加以及微觀精度的改進，而3D堆疊的概念是把一塊芯片從二維展開至三維，那接下來我們就來了解一下什么叫做3D堆疊。
大家都知道CPU是一個超大規模的集成電路板，指甲蓋兒大小的芯片上安置著數以億計的晶體管，
再也留不出任何空白的地方，那為何不再疊加一張紙放在它的上面呢？
3D堆疊由此產生。
3D堆疊技術是利用堆疊技術或通過互連和其他微加工技術在芯片或結構的Z軸方向上形成三維集成，信號連接以及晶圓級，芯片級和硅蓋封裝具有不同的功能。針對包裝和可靠性技術的三維堆疊處理技術。該技術用于微系統集成，是在片上系統（SOC）和多芯片模塊（MCM）之后開發的先進的系統級封裝制造技術。
所謂的3D堆疊技術其實很好理解，就是在原本的封裝體里面，封裝進兩個以上不同功能的芯片，一般都是在不改變原本的封裝體積大小，而在垂直方向進行的芯片疊放，這種技術所帶來的特點就是改變了原有的在單位面積上不斷增加晶體管的方式，而是在垂直方向上進行芯片疊放，自然也會實現芯片的功能多樣化。
3D芯片堆疊結構示意圖
總體上看，3D堆疊技術在集成度、性能、功耗等方面更具優勢，同時設計自由度更高，開發時間更短，是各封裝技術中最具發展前景的一種。當前，隨著高效能運算、人工智能等應用興起，加上用于提供多個晶圓垂直通信的TSV技術愈來愈成熟，可以看到越來越多的CPU、GPU和存儲器開始采用3D堆疊技術。
在傳統的SiP封裝系統中，任何芯片堆棧都可以稱為3D，因為在Z軸上功能和信號都有擴展，無論堆棧位于IC內部還是外部。
展開 More than Moore的高級封裝技術傳統方案主要有2.5D和3D兩種。2.5D技術是指將多塊芯片粒在硅載片（silicon interposer）上使用互聯線連接在一起，由于硅載片上的互聯線密度可以遠高于傳統PCB上的互聯線密度，因此可以實現高性能互聯。其典型的技術即TSMC推出的CoWoS，InFO以及Intel的EMIB等技術。而傳統的3DIC技術則是將多塊芯片堆疊在一起，并使用TSV技術將不同的芯片做互聯。目前，3DIC主要用在內存芯片之間的堆疊架構和傳感器的堆疊，而2.5D技術則已經廣泛應用在多款高端芯片組中。另外3D和2.5D之間也不是完全對立，例如在HBM內存中，多塊內存之間使用3DIC集成，而內存與主芯片之間則使用2.5D技術集成在一起。
Intel的3D堆疊技術：
More than Moore的新發展
Intel在高級封裝領域一直處于領先地位，之前的EMIB技術就有其獨到的優勢，而這次Intel發布的Foveros架構則是3DIC方面一個長足的進步。
Foveros架構中，芯片3D堆疊在硅載片上，并通過硅載片做互聯。Foveros進步在于其硅載片從原來的無源硅載片變成了有源硅載片。在之前的典型2.5D封裝中，硅載片上只是做互聯線供芯片之間做互聯，因此是無源硅載片。而在Foveros架構中，硅載片是有源的，即硅載片上除了互聯線（無源）之外，還包含了有源電路 。如果說傳統的2.5D封裝中的硅載片只是一種載片，那么載Foveros中的有源硅載片實際上就是一塊真正的芯片了，而這次的計算和存儲芯片是堆疊在一塊真正的芯片上，因此可以說是名副其實的3DIC。
展開 （蘋果發布會截圖）
據了解，堆疊技術也可以叫做3D堆疊技術，是利用堆疊技術或通過互連和其他微加工技術在芯片或結構的Z軸方向上形成三維集成，信號連接以及晶圓級，芯片級和硅蓋封裝具有不同的功能，針對包裝和可靠性技術的三維堆疊處理技術。
該技術用于微系統集成，是在片上系統（SOC）和多芯片模塊（MCM）之后開發的先進的系統級封裝制造技術。 在傳統的SiP封裝系統中，任何芯片堆棧都可以稱為3D，因為在Z軸上功能和信號都有擴展，無論堆棧位于IC內部還是外部。
目前，3D芯片技術的類別包括：基于芯片堆疊的3D技術，基于有源TSV的3D技術，基于無源TSV的3D技術，以及基于芯片制造的3D技術。
筆者注意到，去年華為就曾被曝出“雙芯疊加”專利，這種方式可以讓14nm芯片經過優化后比肩7nm性能。但當時曝光的這種通過堆疊的方式與蘋果的“Ultra Fusion”架構還是有所不同。
也許有很多人理解雙芯片堆疊是指將兩顆獨立芯片進行物理堆疊的方式去實現性能突破，其實這是非常嚴重的錯誤，如果單單依靠物理堆疊，那么會有非常多的弊端無法解決，例如兼容性，穩定性，發熱控制這些都是沒法通過物理堆疊來解決問題的，在設計思路上面就會走上歧路，得不償失也毫無意義。
雙芯疊加層級運用于設計和生產初期，也就是說在設計過程中將原來的一顆芯片設計成雙層芯片然后利用自己獨特的技術，來將這兩層芯片封裝在一顆芯片中，通過同步信號方式與一些其他方法就可以激活雙層芯片共同發力，從而實現芯片性能突破。所以說一個物理層堆疊，一個設計之初就開始改變設計思路，這是完全不同的兩個方式。
因此，雖然同樣是指雙芯片組合成單個主芯片，但蘋果與華為可以說是兩種截然不同的方式。
展開 隨著生產用3D打印光聚合物材料的進步和3D打印機整體工作流程生產力的提高，在3DSystems的Figure4系列3D打印機上更加高效地生產部件并挑戰傳統制造方法的機會已然來臨。
通過高密度部件堆疊可顯著提高構建效率 — 利用Figure4打印機的構建高度、高效嵌套和經優化的支撐結構，實現更高水平的批量打印和后處理。
高密度縱向堆疊打印相較于傳統制造方法的優勢
3D打印通常能夠縮短周轉時間且無需使用昂貴的模具。因此，通過采用高密度縱向堆疊打印，增材制造可用作原型制造和中小規模生產的絕佳工具。堆疊打印的主要推動因素包括：
● 生產力和效率：通過利用全構建高度（350毫米）和堆疊打印部件，可以打印出更多部件。借助3DSystems的增材制造工作流程軟件3DSprint?，可以輕松生成堆疊，并支持最大化堆積密度、減少后處理和人工時間。
● 支撐件陣列生成：在3DSprint內快速生成和復制整個堆疊的支撐件。開放、稀疏的支撐件網絡可最大限度提高批量制造過程中溶劑沖洗、空氣干燥和后固化過程的有效性。
● 夜間打印和生產節奏：對于不采用全天候生產時間的制造商來說，夜晚意味著大量的時間浪費，而這些時間本可以用來打印部件。通過降低打印頻率但提高產量，可以更高效地計劃打印，提高一天的吞吐量。如果構建時間太短，更換多臺打印機的構建模型會讓技術人員不堪重負。
● 兼容自動化：提高整個工作流程效率的另一個方法是采用自動化。由于所采用的精確接觸支柱式支撐結構允許快速拆除支撐結構，因此可以采用自動化方式清潔、干燥和固化堆疊部件，而無需人工參與。可采用多個清潔站來清潔部件。
展開 若有需要可使用 導引線(Guide Curve) 或 漸變(Biasing)，但本文之撒點皆不設置漸變(=None)及額外的導引線
-Region 2:
先使用 Tool工具欄 的 平面線建面(Planar Surface) 功能生成一曲面，再利用撒點、建立面上網格、合并建立側邊的表面網格，并使用 3D旋轉 (3D Rotate) 功能將表面網格復制到特征線交界處，如圖所示。
準備好表面網格后，使用 旋轉建立(Create by Revolve)、兩個面建立(Create by 2 Faces) 的功能建立 Region 2 的實體網格。
完成 Region 1 與 Region 2 的實體網格后，可透過 檢查接觸邊界(Check Contact Boundary) 來確定接觸面的網格是否有 交錯(intersection)，如下圖便檢測出 Region 1 與 2 間存在不匹配，這時則可用 對齊節點(Align Nodes) 的功能，將不同區塊的實體網格間節點對上。接著，將實體網格的屬性設為 塑件(Part)，并使用Tool工具欄的 鏡射(Mirror)，由 1/4 網格生成其他 3/4 再合并成一完整鏡片的實體網格，如下圖所示。
注: 合并實體網格要有定義網格屬性，若無定義則會跳出警告窗口提醒用戶。
?步驟3. 生成澆口網格
取出與進澆面接觸的表面元素(使用 Extract Mesh 與 Extract Element)，再使用 掃掠建立(Create by Sweep) 的功能 (兩個模式皆可)，沿著幾何邊生成澆口網格。
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在相同技術下，除了提高存儲密度、水平方向增加芯片數量以外，一種多層存儲（3D堆疊）技術被大量優化采用。
堆疊封裝可以在更小的空間內提供更多的功能。堆疊封裝可以開發具有不同功能的多芯片封裝，或者將多個存儲芯片放在一個容量增加的封裝中。
網格占據模流分析很重要的一部份，將復雜的幾何結構劃分為微小元素，再透過求解器得到需要的結果，良好的網格質量能夠帶來更加精確的分析結果。對于幾何較為單一或是厚的產品，利用自動化的前處理功能即可生成高質量的網格模型，但若是遇到需要網格精度較高或是尺寸較小的產品，例如光學、RTM或是其他特殊制程，則建議手動建立網格，此方式更容易控制網格質量以達到求解器的需求。
Moldex3D Studio
Foveros 技術是高于 EMIB 技術的3D 芯片堆疊技術，利用晶圓級封裝能力，適用于小尺寸、低功率或有 極端內存帶寬要求的情況，包含 Omni 和 Direct 兩代擴展。2020 年英特爾發布的 Lake?eld 芯片，是首款基于 Foveros 3D 立體封裝技術的芯片，采用 1 個大核+4 個小核的混合 CPU 設計。
為了實現系統級集成，FPGA需要采用更先進的封裝技術，如2.5D或3D堆疊技術，以實現高密度、高帶寬和低延遲的互連。
第三，平臺化和可編程性的提升：為了滿足不同應用場景和用戶需求，FPGA需要提供更高層次的抽象和可編程性，以降低開發門檻和時間。
存儲芯片 - HS-SSD-E3000的特性：
極速讀寫：
-PCIe 接口，讀取速度達 3500 MB/s
3D 堆疊技術：
3D NAND 技術進一步將容量、性能與穩定性提升到更高水平
抗震防摔：
無機械結構，采用電子芯片控制，數據更安全
這是來自工采網代理的國產存儲芯片 - HS-SSD-E3000，廣泛應用于電子消費類產品、個人臺式電腦以及筆記本電腦等設備，為目標系統提供穩定的服務。
存儲芯片 - HS-SSD-E3000的特性：
極速讀寫：
-PCIe 接口，讀取速度達 3500 MB/s
3D 堆疊技術：
3D NAND 技術進一步將容量、性能與穩定性提升到更高水平
抗震防摔：
無機械結構，采用電子芯片控制，數據更安全
存儲芯片 - PTS11，PTS11系列SSD采用SSD主控和3D NAND Flash技術，搭配海康威視自主研發的NAND Flash管理軟件
存儲芯片 - HS-SSD-E3000的特性：
極速讀寫：
-PCIe 接口，讀取速度達 3500 MB/s
3D 堆疊技術：
3D NAND 技術進一步將容量、性能與穩定性提升到更高水平
抗震防摔：
無機械結構，采用電子芯片控制，數據更安全
這是來自工采網代理的國產存儲芯片 - HS-SSD-E3000，廣泛應用于電子消費類產品、個人臺式電腦以及筆記本電腦等設備，為目標系統提供穩定的服務。
CINNO Research產業資訊,首爾偉傲世將在IFA (Internationale Funkausstellung Berlin) 2022上展示其Micro-LED相關產品，其中有一種可以實現高分辨顯示的Micro-LED垂直疊層結構。
根據外媒Businesswire報道，據介紹，首爾偉傲世開發的這種垂直堆疊式
（蘋果發布會截圖）
據了解，堆疊技術也可以叫做3D堆疊技術，是利用堆疊技術或通過互連和其他微加工技術在芯片或結構的Z軸方向上形成三維集成，信號連接以及晶圓級，芯片級和硅蓋封裝具有不同的功能，針對包裝和可靠性技術的三維堆疊處理技術。
該技術用于微系統集成，是在片上系統（SOC）和多芯片模塊（MCM）之后開發的先進的系統級封裝制造技術。
看到這種提升是通過AMD的創新3D存儲器堆疊技術實現的，令人倍感欣慰。這對Ansys而言是真正的良性循環，這讓我們的客戶有信心向云端遷移更多仿真計算，以盡快獲得性能提升。”
微軟Azure的首席項目經理Evan Burness指出：“在各行業和研究領域，創新現在都是一個與計算相關的問題，這意味著對微軟Azure客戶而言，HPC現在具有比以往更重要的戰略意義。
