封装技术与加密技术
封裝技術(shù)與加密技術(shù)
一．4大主流封裝技術(shù)
半導(dǎo)體 封裝 是指將通過(guò)測(cè)試的晶圓按照產(chǎn)品型號(hào)及功能需求加工得到獨(dú)立芯片的過(guò)程。封裝技術(shù)是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術(shù)。以CPU為例，實(shí)際看到的體積和外觀(guān)并不是真正的CPU內(nèi)核的大小和面貌，而是CPU內(nèi)核等元件經(jīng)過(guò)封裝后的產(chǎn)品。封裝技術(shù)對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)是必須的，也是至關(guān)重要的。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB的設(shè)計(jì)和制造，因此它是至關(guān)重要的。
半導(dǎo)體封裝過(guò)程為來(lái)自晶圓前道工藝的晶圓通過(guò)劃片工藝后被切割為小的晶片，然后將切割好的晶片用膠水貼裝到相應(yīng)的基板架的小島上，再利用超細(xì)的金屬導(dǎo)線(xiàn)或者導(dǎo)電性樹(shù)脂將晶片的接合焊盤(pán)連接到基板的相應(yīng)引腳，并構(gòu)成所要求的電路；然后再對(duì)獨(dú)立的晶片用塑料外殼加以封裝保護(hù)，塑封之后還要進(jìn)行一系列操作，封裝完成后進(jìn)行成品測(cè)試，通常經(jīng)過(guò)入檢Incoming、測(cè)試Test和包裝Packing等工序，最后入庫(kù)出貨。
主流的封裝形式
1．DIP雙列直插式封裝：DIP是指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路（IC）均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過(guò)100個(gè)。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時(shí)應(yīng)特別小心，以免損壞引腳。DIP封裝具有以下特點(diǎn)，適合在PCB（印刷電路板）上穿孔焊接，操作方便；芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。Intel系列CPU中8088就采用這種封裝形式，緩存（Cache）和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式。
2. BGA球柵陣列封裝：隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，對(duì)集成電路的封裝要求更加嚴(yán)格。這是因?yàn)榉庋b技術(shù)關(guān)系到產(chǎn)品的功能性，當(dāng)IC的頻率超過(guò)100MHz時(shí)，傳統(tǒng)封裝方式可能會(huì)產(chǎn)生所謂的“CrossTalk”現(xiàn)象，而且當(dāng)IC的管腳數(shù)大于208 Pin時(shí)，傳統(tǒng)的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片（如圖形芯片與芯片組等）皆轉(zhuǎn)而使用BGA封裝技術(shù)。BGA一出現(xiàn)便成為CPU、主板上南／北橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。BGA封裝具有以下特點(diǎn)，I／O引腳數(shù)雖然增多，但引腳之間的距離遠(yuǎn)大于QFP封裝方式，提高了成品率；雖然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善電熱性能；信號(hào)傳輸延遲小，適應(yīng)頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性大大提高。
3. QFP封裝：QFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大型集成電路都采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個(gè)以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來(lái)。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計(jì)好的相應(yīng)管腳的焊點(diǎn)。將芯片各腳對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的焊點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專(zhuān)用工具是很難拆卸下來(lái)的。
4. PGA插針網(wǎng)格陣列封裝：PGA芯片封裝形式在芯片的內(nèi)外有多個(gè)方陣形的插針，每個(gè)方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列。根據(jù)引腳數(shù)目的多少，可以圍成2－5圈。安裝時(shí)，將芯片插入專(zhuān)門(mén)的PGA插座。為使CPU能夠更方便地安裝和拆卸，從486芯片開(kāi)始，出現(xiàn)一種名為ZIF的CPU插座，專(zhuān)門(mén)用來(lái)滿(mǎn)足PGA封裝的CPU在安裝和拆卸上的要求。ZIF是指零插拔力的插座。把這種插座上的扳手輕輕抬起，CPU就可很容易、輕松地插入插座中。然后將扳手壓回原處，利用插座本身的特殊結(jié)構(gòu)生成的擠壓力，將CPU的引腳與插座牢牢地接觸，絕對(duì)不存在接觸不良的問(wèn)題。而拆卸CPU芯片只需將插座的扳手輕輕抬起，則壓力解除，CPU芯片即可輕松取出。
二．封裝技術(shù)示例：
1）三星主推的Wide-IO標(biāo)準(zhǔn)
四大主流的高級(jí)封裝標(biāo)準(zhǔn)介紹
Wide-IO技術(shù)目前已經(jīng)到了第二代，可以實(shí)現(xiàn)最多512bit的內(nèi)存接口位寬，內(nèi)存接口操作頻率最高可達(dá)1GHz，總的內(nèi)存帶寬可達(dá)68GBps，是最先進(jìn)的DDR4接口帶寬(34GBps)的兩倍。Wide-IO在內(nèi)存接口操作頻率并不高，其主要目標(biāo)市場(chǎng)是要求低功耗的移動(dòng)設(shè)備。
2）AMD，NVIDIA和海力士主推的HBM標(biāo)準(zhǔn)
HBM(High-Bandwidth Memory，高帶寬內(nèi)存)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)顯卡市場(chǎng)，它的接口操作頻率和帶寬要高于Wide-IO技術(shù)，當(dāng)然功耗也會(huì)更高。HBM使用3DIC技術(shù)把多塊內(nèi)存芯片堆疊在一起，并使用2.5D技術(shù)把堆疊內(nèi)存芯片和GPU在載板上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。目前AMD在2015年推出的FIJI旗艦顯卡首先使用HBM標(biāo)準(zhǔn)，顯存帶寬可達(dá)512 GBps，而顯卡霸主Nvidia也緊追其后，在2016年P(guān)ascal顯卡中預(yù)期使用HBM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)1 TBps的顯存帶寬。
四大主流的高級(jí)封裝標(biāo)準(zhǔn)介紹。
AMD與NVIDIA使用HBM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)超高內(nèi)存帶寬
3）美光主推HMC技術(shù)
HMC(Hybrid Memory Cube)標(biāo)準(zhǔn)由美光主推，目標(biāo)市場(chǎng)是高端服務(wù)器市場(chǎng)，尤其是針對(duì)多處理器架構(gòu)。HMC使用堆疊的DRAM芯片實(shí)現(xiàn)更大的內(nèi)存帶寬。另外HMC通過(guò)3DIC異質(zhì)集成技術(shù)把內(nèi)存控制器(memory controller)集成到DRAM堆疊封裝里。以往內(nèi)存控制器都做在處理器里，所以在高端服務(wù)器里，當(dāng)需要使用大量?jī)?nèi)存模塊時(shí)，內(nèi)存控制器的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。現(xiàn)在把內(nèi)存控制器集成到內(nèi)存模塊內(nèi)，則內(nèi)存控制器的設(shè)計(jì)就大大地簡(jiǎn)化了。最后，HMC使用高速串行接口(SerDes)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速接口，適合處理器和內(nèi)存距離較遠(yuǎn)的情況(例如處理器和內(nèi)存在兩張不同的PCB板上)。相較而言，Wide-IO和HBM都要求處理器和內(nèi)存在同一個(gè)封裝內(nèi)。
四大主流的高級(jí)封裝標(biāo)準(zhǔn)介紹
Wide-IO標(biāo)準(zhǔn)、HBM標(biāo)準(zhǔn)、HMC技術(shù)都和內(nèi)存相關(guān)，下表是有關(guān)Wide-IO， HMC， HBM及DDR標(biāo)準(zhǔn)比較。
Wide-IO， HMC， HBM及DDR標(biāo)準(zhǔn)比較
4）TSMC主推的CoWoS和InFO技術(shù)
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)和InFO(Integrated Fan Out)是臺(tái)積電推出的 2.5D封裝技術(shù)，稱(chēng)為晶圓級(jí)封裝。臺(tái)積電的2.5D封裝技術(shù)把芯片封裝到硅載片上，并使用硅載片上的高密度走線(xiàn)進(jìn)行互聯(lián)。CoWoS針對(duì)高端市場(chǎng)，連線(xiàn)數(shù)量和封裝尺寸都比較大。InFO針對(duì)性?xún)r(jià)比市場(chǎng)，封裝尺寸較小，連線(xiàn)數(shù)量也比較少。目前InFO技術(shù)已經(jīng)得到業(yè)界認(rèn)可，蘋(píng)果在iPhone7中使用的A10處理器即將采用InFO技術(shù)。
三．荷蘭Intrinsic ID加密技術(shù)
荷蘭Intrinsic ID提供基于高云半導(dǎo)體FPGA的BroadKey物聯(lián)網(wǎng)安全方案
BroadKey技術(shù)可為可編程FPGA芯片提供不可更改、不可克隆的器件識(shí)別解決方案，包括ARM和RISC-V嵌入式CPU解決方案。
世界領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)安全數(shù)字認(rèn)證技術(shù)提供商Intrinsic ID和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的可編程邏輯器件廠(chǎng)商廣東高云半導(dǎo)體科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高云半導(dǎo)體”）合作，高云半導(dǎo)體正式獲得Intrinsic ID的BroadKey技術(shù)授權(quán)。BroadKey技術(shù)是一種基于靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM） 物理不可克隆功能（PUF），集成了加密庫(kù)的密鑰管理系統(tǒng)。高云半導(dǎo)體將利用BroadKey技術(shù)在其FPGA產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)安全功能，包括基于ARM和RISC-V的解決方案，十分契合國(guó)內(nèi)嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)的需求。通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些功能，高云半導(dǎo)體將成為第一家能夠在中低密度FPGA上，提供從“安全根（root of trust）”應(yīng)用到云端應(yīng)用的整套安全解決方案的公司。
基于BroadKey技術(shù)實(shí)現(xiàn)‘安全根‘解決方案，既保護(hù)客戶(hù)設(shè)計(jì)安全，同時(shí)滿(mǎn)足中國(guó)客戶(hù)的上市時(shí)間需求的最佳選擇。允許客戶(hù)保護(hù)設(shè)計(jì)免于在制造過(guò)程中被盜或克隆，為邊緣到云應(yīng)用程序提供身份驗(yàn)證和加密功能。 這種更強(qiáng)大的基礎(chǔ)安全性，可以在更低的成本及更快的時(shí)間內(nèi)完成，客戶(hù)無(wú)需集成額外的安全芯片，無(wú)需在FPGA上進(jìn)行特殊的密鑰植入。”
BroadKey技術(shù)于10月份獲得了2018年IoT Evolution安全卓越獎(jiǎng)，這是Intrinsic ID公司基于軟件實(shí)現(xiàn)的物理不可克隆功能（PUF）技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使得半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司和OEM制造商通能夠通過(guò)獨(dú)特的 “內(nèi)在指紋識(shí)別” 的方式，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)安全保障，無(wú)需單獨(dú)的安全專(zhuān)用芯片。 BroadKey生成的根密鑰提供了很高的安全性，不需要專(zhuān)門(mén)事先存儲(chǔ)，將所有其它密鑰和安全操作錨定到目標(biāo)設(shè)備上。
高云半導(dǎo)體在多個(gè)領(lǐng)域提供一系列FPGA解決方案，包括通信、工業(yè)、汽車(chē)、醫(yī)療、云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心等。高云半導(dǎo)體在晨熙家族和小蜜蜂家族中，實(shí)現(xiàn)基于BroadKey技術(shù)的安全方案。晨熙家族高性?xún)r(jià)比FPGA系列產(chǎn)品，有效提升系統(tǒng)協(xié)同性能，在密集計(jì)算任務(wù)中，大大降低ARM或RISC-V應(yīng)用處理器的壓力。集成嵌入式ARM處理器的小蜜蜂家族GW1NS系列產(chǎn)品是非易失性FPGA產(chǎn)品，具有瞬時(shí)上電、低功耗、多IO和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，高性能橋接應(yīng)用的理想選擇，全球第一款支持MIPI I3C和MIPI D-PHY標(biāo)準(zhǔn)的FPGA產(chǎn)品。
智能工業(yè)設(shè)備，工業(yè)控制以及消費(fèi)領(lǐng)域?qū)τ诎踩缘男枨笤絹?lái)越高，高云半導(dǎo)體的解決方案將很好解決日益嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)，Intrinsic ID表示， BroadKey技術(shù)可以為這些領(lǐng)域以及物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)品，創(chuàng)建不可克隆的身份認(rèn)證，無(wú)需額外的硬件，具有極大的靈活性，這對(duì)于芯片制造商是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)于高云半導(dǎo)體：
廣東高云半導(dǎo)體科技股份有限公司于2014年1月成立，總部位于廣州，公司致力于開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)FPGA解決方案并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化，旨在推出具有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族品牌FPGA芯片。公司提供包含芯片、設(shè)計(jì)軟件、軟核、參考設(shè)計(jì)、演示板等一站式服務(wù)。
關(guān)于 Intrinsic ID
Intrinsic ID是世界領(lǐng)先的數(shù)字認(rèn)證公司，總部位于荷蘭，通過(guò)為IoT設(shè)備提供不可克隆的身份認(rèn)證，為IoT提供基于硬件的安全解決方案。基于Intrinsic ID的專(zhuān)利SRAM PUF技術(shù)，該公司的安全解決方案，可以用硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。Intrinsic ID的安全性方案，可以部署在產(chǎn)品生命周期的任何階段，用于驗(yàn)證支付系統(tǒng)，安全連接，認(rèn)證傳感器，保護(hù)敏感的政府和軍事系統(tǒng)。Intrinsic ID的安全方案已經(jīng)成功應(yīng)用在超過(guò)1.25億個(gè)設(shè)備中并獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，如物聯(lián)網(wǎng)安全卓越獎(jiǎng)，Frost＆Sullivan技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)獎(jiǎng)和歐盟創(chuàng)新雷達(dá)獎(jiǎng)。Intrinsic ID的安全方案已經(jīng)在包括通用標(biāo)準(zhǔn)，EMVCo，Visa以及多個(gè)政府認(rèn)證的數(shù)百萬(wàn)臺(tái)設(shè)備得到驗(yàn)證。 Intrinsic ID的使命： “認(rèn)證一切。”
參考鏈接：
https://moore.live/news/116589/detail/
http://www.memscard.com/newsinfo/411906.html
http://www.elecfans.com/d/845525.html
總結(jié)
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