封装技术与加密技术

封装技术与加密技术

一．4大主流封装技术

半导体 封装 是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例，实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等元件经过封装后的产品。封装技术对于芯片来说是必须的，也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB的设计和制造，因此它是至关重要的。
半导体封装过程为来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片，然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板架的小岛上，再利用超细的金属导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘连接到基板的相应引脚，并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货。

主流的封装形式

1．DIP双列直插式封装：DIP是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路（IC）均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。DIP封装具有以下特点，适合在PCB（印刷电路板）上穿孔焊接，操作方便；芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存（Cache）和早期的内存芯片也是这种封装形式。

2. BGA球栅阵列封装：随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性，当IC的频率超过100MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的管脚数大于208 Pin时，传统的封装方式有其困难度。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA封装技术。BGA一出现便成为CPU、主板上南／北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。BGA封装具有以下特点，I／O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率；虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能；信号传输延迟小，适应频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

3. QFP封装：QFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。

4. PGA插针网格阵列封装：PGA芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围成2－5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。ZIF是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可很容易、轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。

二．封装技术示例：

1）三星主推的Wide-IO标准

四大主流的高级封装标准介绍

 

 

  　　Wide-IO技术目前已经到了第二代，可以实现最多512bit的内存接口位宽，内存接口操作频率最高可达1GHz，总的内存带宽可达68GBps，是最先进的DDR4接口带宽(34GBps)的两倍。Wide-IO在内存接口操作频率并不高，其主要目标市场是要求低功耗的移动设备。

　　2）AMD，NVIDIA和海力士主推的HBM标准

　　HBM(High-Bandwidth Memory，高带宽内存)标准主要针对显卡市场，它的接口操作频率和带宽要高于Wide-IO技术，当然功耗也会更高。HBM使用3DIC技术把多块内存芯片堆叠在一起，并使用2.5D技术把堆叠内存芯片和GPU在载板上实现互联。目前AMD在2015年推出的FIJI旗舰显卡首先使用HBM标准，显存带宽可达512 GBps，而显卡霸主Nvidia也紧追其后，在2016年Pascal显卡中预期使用HBM标准实现1 TBps的显存带宽。

四大主流的高级封装标准介绍。

 

 AMD与NVIDIA使用HBM标准实现超高内存带宽

3）美光主推HMC技术

　　HMC(Hybrid Memory Cube)标准由美光主推，目标市场是高端服务器市场，尤其是针对多处理器架构。HMC使用堆叠的DRAM芯片实现更大的内存带宽。另外HMC通过3DIC异质集成技术把内存控制器(memory controller)集成到DRAM堆叠封装里。以往内存控制器都做在处理器里，所以在高端服务器里，当需要使用大量内存模块时，内存控制器的设计非常复杂。现在把内存控制器集成到内存模块内，则内存控制器的设计就大大地简化了。最后，HMC使用高速串行接口(SerDes)来实现高速接口，适合处理器和内存距离较远的情况(例如处理器和内存在两张不同的PCB板上)。相较而言，Wide-IO和HBM都要求处理器和内存在同一个封装内。

四大主流的高级封装标准介绍

 

 

  　　Wide-IO标准、HBM标准、HMC技术都和内存相关，下表是有关Wide-IO， HMC， HBM及DDR标准比较。

　　Wide-IO， HMC， HBM及DDR标准比较

　　4）TSMC主推的CoWoS和InFO技术

CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)和InFO(Integrated Fan Out)是台积电推出的 2.5D封装技术，称为晶圆级封装。台积电的2.5D封装技术把芯片封装到硅载片上，并使用硅载片上的高密度走线进行互联。CoWoS针对高端市场，连线数量和封装尺寸都比较大。InFO针对性价比市场，封装尺寸较小，连线数量也比较少。目前InFO技术已经得到业界认可，苹果在iPhone7中使用的A10处理器即将采用InFO技术。

 

 

 三．荷兰Intrinsic ID加密技术

荷兰Intrinsic ID提供基于高云半导体FPGA的BroadKey物联网安全方案

BroadKey技术可为可编程FPGA芯片提供不可更改、不可克隆的器件识别解决方案，包括ARM和RISC-V嵌入式CPU解决方案。

世界领先的物联网安全数字认证技术提供商Intrinsic ID和国内领先的可编程逻辑器件厂商广东高云半导体科技股份有限公司（以下简称“高云半导体”）合作，高云半导体正式获得Intrinsic ID的BroadKey技术授权。BroadKey技术是一种基于静态存储器（SRAM） 物理不可克隆功能（PUF），集成了加密库的密钥管理系统。高云半导体将利用BroadKey技术在其FPGA产品中实现安全功能，包括基于ARM和RISC-V的解决方案，十分契合国内嵌入式系统市场的需求。通过实现这些功能，高云半导体将成为第一家能够在中低密度FPGA上，提供从“安全根（root of trust）”应用到云端应用的整套安全解决方案的公司。

基于BroadKey技术实现‘安全根‘解决方案，既保护客户设计安全，同时满足中国客户的上市时间需求的最佳选择。允许客户保护设计免于在制造过程中被盗或克隆，为边缘到云应用程序提供身份验证和加密功能。 这种更强大的基础安全性，可以在更低的成本及更快的时间内完成，客户无需集成额外的安全芯片，无需在FPGA上进行特殊的密钥植入。”

BroadKey技术于10月份获得了2018年IoT Evolution安全卓越奖，这是Intrinsic ID公司基于软件实现的物理不可克隆功能（PUF）技术，这项技术使得半导体设计公司和OEM制造商通能够通过独特的 “内在指纹识别” 的方式，实现物联网安全保障，无需单独的安全专用芯片。 BroadKey生成的根密钥提供了很高的安全性，不需要专门事先存储，将所有其它密钥和安全操作锚定到目标设备上。

高云半导体在多个领域提供一系列FPGA解决方案，包括通信、工业、汽车、医疗、云计算和数据中心等。高云半导体在晨熙家族和小蜜蜂家族中，实现基于BroadKey技术的安全方案。晨熙家族高性价比FPGA系列产品，有效提升系统协同性能，在密集计算任务中，大大降低ARM或RISC-V应用处理器的压力。集成嵌入式ARM处理器的小蜜蜂家族GW1NS系列产品是非易失性FPGA产品，具有瞬时上电、低功耗、多IO和小尺寸等优点，高性能桥接应用的理想选择，全球第一款支持MIPI I3C和MIPI D-PHY标准的FPGA产品。

智能工业设备，工业控制以及消费领域对于安全性的需求越来越高，高云半导体的解决方案将很好解决日益严峻的安全挑战，Intrinsic ID表示， BroadKey技术可以为这些领域以及物联网相关产品，创建不可克隆的身份认证，无需额外的硬件，具有极大的灵活性，这对于芯片制造商是一个巨大的优势。

关于高云半导体：

广东高云半导体科技股份有限公司于2014年1月成立，总部位于广州，公司致力于开发国产FPGA解决方案并推动其产业化，旨在推出具有核心自主知识产权的民族品牌FPGA芯片。公司提供包含芯片、设计软件、软核、参考设计、演示板等一站式服务。

关于 Intrinsic ID

Intrinsic ID是世界领先的数字认证公司，总部位于荷兰，通过为IoT设备提供不可克隆的身份认证，为IoT提供基于硬件的安全解决方案。基于Intrinsic ID的专利SRAM PUF技术，该公司的安全解决方案，可以用硬件或软件实现。Intrinsic ID的安全性方案，可以部署在产品生命周期的任何阶段，用于验证支付系统，安全连接，认证传感器，保护敏感的政府和军事系统。Intrinsic ID的安全方案已经成功应用在超过1.25亿个设备中并获得多个奖项，如物联网安全卓越奖，Frost＆Sullivan技术领导奖和欧盟创新雷达奖。Intrinsic ID的安全方案已经在包括通用标准，EMVCo，Visa以及多个政府认证的数百万台设备得到验证。 Intrinsic ID的使命： “认证一切。”

 

参考链接：

https://moore.live/news/116589/detail/

http://www.memscard.com/newsinfo/411906.html

http://www.elecfans.com/d/845525.html