手機(jī)芯片開始角逐先進(jìn)封裝

日前，華為發(fā)布了闊折疊手機(jī) PuraX，引發(fā)行業(yè)熱烈關(guān)注。而就在最近的拆解視頻中顯示，剛開賣的手機(jī)拆出來的芯片，比原來厚了一大截。華為 Pura X 搭載的麒麟 9020 芯片采用全新一體式封裝工藝。

拆解視頻顯示，麒麟 9020 封裝方式從夾心餅結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱?SoC、DRAM 一體化封裝，暫時還不清楚是 CoWoS 還是 InFO-PoP，亦或者其他封裝形式。但無論如何，這又是國內(nèi)先進(jìn)封裝能力的又一次展現(xiàn)。國內(nèi)芯片設(shè)計廠、封裝廠和內(nèi)存廠的相互協(xié)同已經(jīng)初現(xiàn)端倪。

據(jù)了解，蘋果手機(jī) SoC 此前便已經(jīng)采用了類似的先進(jìn)封裝技術(shù)，將 DRAM 垂直堆疊在了 SoC 上方，即臺積電的 PoP。只不過 SoC 本身仍然是單個整體芯片。

蘋果采用的 PoP 和 InFO-PoP 封裝是什么？

當(dāng)蘋果公司的 iPhone 在 2007 年亮相時，隨即便被拆開展現(xiàn)在眾人面前，層疊封裝技術(shù)進(jìn)入了人們的視野。PoP 曾經(jīng)是眾人關(guān)注的焦點。然而有相當(dāng)長的一段時間內(nèi) PoP 消失了。之后，更先進(jìn)的手機(jī)將處理器和存儲器結(jié)合在一起，PoP 又成為這類手機(jī)的封裝選擇方案。

層疊封裝（Package on Package，PoP）是一種集成電路封裝技術(shù)，它將兩個或多個芯片封裝在一起，形成一個整體。這種封裝技術(shù)通常用于移動設(shè)備和其他小型電子設(shè)備中，以節(jié)省空間并提高性能。在 PoP 中，一個芯片被放置在另一個芯片的頂部，形成一個層疊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以通過焊接或其他連接技術(shù)進(jìn)行連接。通常，上層芯片是處理器或存儲器，而下層芯片是 DRAM 或其他類型的存儲器。

而 InFO（全稱為 Integrated Fan-Out，意為集成式扇出型封裝）技術(shù)則是臺積電于 2016 年推出的一種技術(shù)。InFO-PoP 即表示 InFO 封裝對 PoP 封裝的配置。InFO 技術(shù)是將芯片直接放置在基板上，通過 RDL（Re-distributed layer，重布線層）實現(xiàn)芯片和基板的互連，無需使用引線鍵合，RDL 在晶圓表面形成，可以為鍵合墊片重新分配更大的間距，從而允許更多的 I/O 連接，實現(xiàn)更緊湊和高效的設(shè)計。

晶圓級封裝一般需要 RDL 工藝，因為晶圓上的焊盤大部分是鋁焊盤，無論是做晶圓級封裝還是板級封裝，鋁金屬不易做后續(xù)處理，都需要用另外的金屬來覆蓋鋁。RDL 是將原來設(shè)計的芯片線路接點位置 (I/O pad)，通過晶圓級金屬布線制程和凸塊制程改變其接點位置，同時滿足焊球間最小間距的約束。

InFO 技術(shù)在 2016 年的蘋果 A10 芯片上得到應(yīng)用，并衍生出新的技術(shù)應(yīng)用：InFO-oS、InFO-LSI、InFO-PoP 以及 InFO-AiP 等。

InFO-oS 技術(shù)可集成多個高級邏輯芯片，在封裝內(nèi)部實現(xiàn)更高的集成度，適用于 5G 組網(wǎng)應(yīng)用。InFO-LSI 技術(shù)類似于英特爾的嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）技術(shù)，可以實現(xiàn)極致的互連帶寬和成本的折中，其利用硅基互連的方式實現(xiàn)不同芯片層之間的連接。該技術(shù)允許在同一封裝內(nèi)部進(jìn)行高速信號傳輸，從而提高了系統(tǒng)的性能和功耗效率。InFO-LSI 技術(shù)適用于需要高速信號傳輸和通信的應(yīng)用領(lǐng)域，如高性能計算、人工智能、通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域通常需要在封裝層內(nèi)部進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和通信，因此，InFO-LSI 技術(shù)具有重要意義。InFO-PoP 技術(shù)是一種將InFO 與PoP 相結(jié)合的技術(shù)。這種技術(shù)通常用于需要同時集成多個芯片的應(yīng)用場景，如移動設(shè)備等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)更高的集成度和更多的功能。InFO-AiP 技術(shù)是一種在 InFO 封裝中集成天線的技術(shù)。這種技術(shù)可以將天線直接集成在封裝中，從而實現(xiàn)更緊湊的設(shè)計和更好的信號傳輸性能。InFO-AiP 技術(shù)通常用于移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和通信設(shè)備等領(lǐng)域，可以實現(xiàn)更優(yōu)異的無線連接性能。

InFO-PoP 封裝優(yōu)勢明顯

2016 年推出的 iPhone 7 中的 A10 處理器，采用 TSMC 16nm FinFET 工藝以及 InFO（Integrated Fan-out）技術(shù)，成功將 AP 與 LPDDR 整合在同一個封裝中，為未來幾年的移動封裝技術(shù)立下新的標(biāo)桿。InFO 封裝也成為臺積電獨占蘋果 A 系列處理器訂單的關(guān)鍵技術(shù)之一。在這一年，能量產(chǎn) InFO 封裝的也僅 TSMC 一家。多年來，蘋果 A 系列處理器與 DRAM 都是采用臺積電 InFO-PoP 封裝技術(shù)封裝在一起，將 DRAM 頂部封裝上的凸塊利用貫穿 InFO 過孔（TIV）到達(dá) RDL 層，再與邏輯芯片互聯(lián)，以減小整體的芯片尺寸，減少占板面積，時確保強(qiáng)大的熱和電氣性能。

那么這種技術(shù)帶來了哪些優(yōu)勢呢？

這種技術(shù)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是其靈活性，因為 DRAM 封裝可以很容易地更換。此外，由于芯片被層疊在一起，PoP 技術(shù)可以節(jié)省空間，使設(shè)備更小更輕。由于芯片之間的連接更短，還可以提高芯片性能并減少延遲。

由于 InFO 引入了 RDL 層，芯片設(shè)計者可以通過對 RDL 的設(shè)計代替一部分芯片內(nèi)部線路的設(shè)計，從而降低設(shè)計成本；采用 RDL 能夠支持更多的引腳數(shù)量；采用 RDL 還使 I/O 觸點間距更靈活、凸點面積更大，從而使基板與元件之間的應(yīng)力更小、元件可靠性更高；RDL 層使用了高分子聚合物 (Polymer) 為基礎(chǔ)的薄膜材料來制作，可以取代封裝載板，節(jié)約成本；RDL 還可以把不同種類的芯片連接在一起，實現(xiàn)多芯片封裝互連。

手機(jī)芯片開始角逐先進(jìn)封裝

蘋果是較早引入先進(jìn)封裝的手機(jī)芯片商，其一直致力于將先進(jìn)封裝技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)芯片。主要是因為：

蘋果一直和臺積電先進(jìn)封裝有深度合作研發(fā)，也總是首批采用最先進(jìn)制程的高凈值客戶。蘋果比別家更有迫切需求采用先進(jìn)封裝技術(shù)壓低成本。尤其是 3nm 流片和晶圓成本已經(jīng)一倍于 5nm，2nm 成本繼續(xù)翻一倍還不止，就是再高凈值客戶，也無法承受了。

蘋果的 M1 Ultra 芯片首次實現(xiàn)了 GPU 內(nèi)部高速通信表明，在 SoC 層面，蘋果也有比較高效的 D2D 通信協(xié)議和物理層設(shè)計，這走在了 ARM 陣營的前面，未來應(yīng)用到手機(jī) SoC 會比別家更容易。而這也需要先進(jìn)封裝的支持，蘋果甚至還創(chuàng)新定制了封裝架構(gòu) UltraFusion。

此外，蘋果有更強(qiáng)的 IP 復(fù)用需求。蘋果芯片覆蓋手機(jī)、平板、筆記本和工作站，同時像基帶和 wifi 控制器等 IP 又來自高通、博通，但隨著蘋果自研基帶的推出，后續(xù)可能會逐步將這些模塊替換為自研的。這勢必也要求將 SoC 各個模塊做成可復(fù)用、可更換的，來確保成本。這種情況下，Chiplet 封裝工藝更具有優(yōu)勢。

目前來看，安卓陣營也在逐漸走向這一趨勢。無論是代工成本的考量，還是 PC 芯片的 IP 復(fù)用需求都需要先進(jìn)封裝的支持。

國內(nèi)手機(jī)芯片廠商也在和下游廠商深度合作開發(fā)相關(guān)技術(shù)。實際上此前一家國內(nèi)知名的手機(jī) SoC 設(shè)計公司便公開了一種芯片堆疊封裝及終端設(shè)備專利，申請公布號為 CN114287057A，可解決因采用硅通孔技術(shù)而導(dǎo)致的成本高的問題。專利摘要顯示，該專利涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，其能夠在保證供電需求的同時，解決因采用硅通孔技術(shù)而導(dǎo)致的成本高的問題。這有利于進(jìn)一步降低先進(jìn)封裝的成本。

另外，今年五月份將推出的鴻蒙 PC，同樣有很強(qiáng)的 IP 復(fù)用需求。而高通也一直在謀劃進(jìn)入 AIPC 的賽道，此前還曾推出驍龍 X Elite。

蘋果或放棄封裝堆疊內(nèi)存？

不過，有消息稱，從 2026 年開始，蘋果將在 iPhone 18 系列中放棄現(xiàn)有的封裝堆疊內(nèi)存（PoP）設(shè)計，轉(zhuǎn)而采用芯片與內(nèi)存分離的架構(gòu)。

一直以來，蘋果在硬件設(shè)計上的追求可以用「精致極簡」來形容。無論是 iPhone、iPad 還是 Mac，它們內(nèi)部的芯片和內(nèi)存多采用封裝堆疊技術(shù)。雖然對于寸土寸金的移動設(shè)備來說，封裝堆疊技術(shù)能減少芯片面積、縮短內(nèi)存與主芯片之間的物理距離，從而降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高電源效率。但 PoP 技術(shù)也有其局限性。由于內(nèi)存封裝尺寸受到 SoC（系統(tǒng)級芯片）尺寸的限制，這直接影響到 I/O 引腳的數(shù)量，進(jìn)而限制了數(shù)據(jù)傳輸速率和性能。這一點，在面對高帶寬需求的人工智能運算時，表現(xiàn)得尤為明顯。

消息稱，蘋果計劃在 iPhone 18 中采用芯片與內(nèi)存分離的設(shè)計，顯然是一次為性能服務(wù)的妥協(xié)。這種分離設(shè)計雖然在物理距離上拉長了內(nèi)存和芯片之間的傳輸路徑，但它也解鎖了更多的 I/O 引腳，能極大地提升數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬。

據(jù)悉，蘋果正在與三星合作開發(fā)下一代 LPDDR6 內(nèi)存技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬預(yù)計是目前 LPDDR5X 的 2 至 3 倍。如此高的性能提升，對于日益依賴本地 AI 計算的智能手機(jī)來說無疑是個巨大的利好。無論是 AI 實時翻譯、圖像識別，還是更加智能化的 Siri，這些場景都需要更高的內(nèi)存帶寬來支持更快的數(shù)據(jù)吞吐量。

此外，分離設(shè)計還有助于散熱優(yōu)化。相比于堆疊封裝的設(shè)計，內(nèi)存與 SoC 物理分離后，每個組件的散熱效率將得到提升，降低芯片過熱導(dǎo)致的性能瓶頸。

不過這并不代表蘋果將放棄先進(jìn)封裝，而是可能采取更合適的先進(jìn)封裝技術(shù)。