封装技术与加密技术
封裝技術與加密技術
一．4大主流封裝技術
半導體 封裝 是指將通過測試的晶圓按照產品型號及功能需求加工得到獨立芯片的過程。封裝技術是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。以CPU為例，實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內核的大小和面貌，而是CPU內核等元件經過封裝后的產品。封裝技術對于芯片來說是必須的，也是至關重要的。因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對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輸。由于封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的PCB的設計和制造，因此它是至關重要的。
半導體封裝過程為來自晶圓前道工藝的晶圓通過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的基板架的小島上，再利用超細的金屬導線或者導電性樹脂將晶片的接合焊盤連接到基板的相應引腳，并構成所要求的電路；然后再對獨立的晶片用塑料外殼加以封裝保護，塑封之后還要進行一系列操作，封裝完成后進行成品測試，通常經過入檢Incoming、測試Test和包裝Packing等工序，最后入庫出貨。
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，絕大多數中小規模集成電路（IC）均采用這種封裝形式，其引腳數一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結構的芯片插座上。當然，也可以直接插在有相同焊孔數和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應特別小心，以免損壞引腳。DIP封裝具有以下特點，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：隨著集成電路技術的發展，對集成電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術關系到產品的功能性，當IC的頻率超過100MHz時，傳統封裝方式可能會產生所謂的“CrossTalk”現象，而且當IC的管腳數大于208 Pin時，傳統的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現今大多數的高腳數芯片（如圖形芯片與芯片組等）皆轉而使用BGA封裝技術。BGA一出現便成為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，I／O引腳數雖然增多，但引腳之間的距離遠大于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；信號傳輸延遲小，適應頻率大大提高；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，一般大規模或超大型集成電路都采用這種封裝形式，其引腳數一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設備技術）將芯片與主板焊接起來。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計好的相應管腳的焊點。將芯片各腳對準相應的焊點，即可實現與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。
4. PGA插針網格陣列封裝：PGA芯片封裝形式在芯片的內外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列。根據引腳數目的多少，可以圍成2－5圈。安裝時，將芯片插入專門的PGA插座。為使CPU能夠更方便地安裝和拆卸，從486芯片開始，出現一種名為ZIF的CPU插座，專門用來滿足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構生成的擠壓力，將CPU的引腳與插座牢牢地接觸，絕對不存在接觸不良的問題。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．封裝技術示例：
1）三星主推的Wide-IO標準
四大主流的高級封裝標準介紹
Wide-IO技術目前已經到了第二代，可以實現最多512bit的內存接口位寬，內存接口操作頻率最高可達1GHz，總的內存帶寬可達68GBps，是最先進的DDR4接口帶寬(34GBps)的兩倍。Wide-IO在內存接口操作頻率并不高，其主要目標市場是要求低功耗的移動設備。
2）AMD，NVIDIA和海力士主推的HBM標準
HBM(High-Bandwidth Memory，高帶寬內存)標準主要針對顯卡市場，它的接口操作頻率和帶寬要高于Wide-IO技術，當然功耗也會更高。HBM使用3DIC技術把多塊內存芯片堆疊在一起，并使用2.5D技術把堆疊內存芯片和GPU在載板上實現互聯。目前AMD在2015年推出的FIJI旗艦顯卡首先使用HBM標準，顯存帶寬可達512 GBps，而顯卡霸主Nvidia也緊追其后，在2016年Pascal顯卡中預期使用HBM標準實現1 TBps的顯存帶寬。
四大主流的高級封裝標準介紹。
AMD與NVIDIA使用HBM標準實現超高內存帶寬
3）美光主推HMC技術
HMC(Hybrid Memory Cube)標準由美光主推，目標市場是高端服務器市場，尤其是針對多處理器架構。HMC使用堆疊的DRAM芯片實現更大的內存帶寬。另外HMC通過3DIC異質集成技術把內存控制器(memory controller)集成到DRAM堆疊封裝里。以往內存控制器都做在處理器里，所以在高端服務器里，當需要使用大量內存模塊時，內存控制器的設計非常復雜。現在把內存控制器集成到內存模塊內，則內存控制器的設計就大大地簡化了。最后，HMC使用高速串行接口(SerDes)來實現高速接口，適合處理器和內存距離較遠的情況(例如處理器和內存在兩張不同的PCB板上)。相較而言，Wide-IO和HBM都要求處理器和內存在同一個封裝內。
四大主流的高級封裝標準介紹
Wide-IO標準、HBM標準、HMC技術都和內存相關，下表是有關Wide-IO， HMC， HBM及DDR標準比較。
Wide-IO， HMC， HBM及DDR標準比較
4）TSMC主推的CoWoS和InFO技術
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)和InFO(Integrated Fan Out)是臺積電推出的 2.5D封裝技術，稱為晶圓級封裝。臺積電的2.5D封裝技術把芯片封裝到硅載片上，并使用硅載片上的高密度走線進行互聯。CoWoS針對高端市場，連線數量和封裝尺寸都比較大。InFO針對性價比市場，封裝尺寸較小，連線數量也比較少。目前InFO技術已經得到業界認可，蘋果在iPhone7中使用的A10處理器即將采用InFO技術。
三．荷蘭Intrinsic ID加密技術
荷蘭Intrinsic ID提供基于高云半導體FPGA的BroadKey物聯網安全方案
BroadKey技術可為可編程FPGA芯片提供不可更改、不可克隆的器件識別解決方案，包括ARM和RISC-V嵌入式CPU解決方案。
世界領先的物聯網安全數字認證技術提供商Intrinsic ID和國內領先的可編程邏輯器件廠商廣東高云半導體科技股份有限公司（以下簡稱“高云半導體”）合作，高云半導體正式獲得Intrinsic ID的BroadKey技術授權。BroadKey技術是一種基于靜態存儲器（SRAM） 物理不可克隆功能（PUF），集成了加密庫的密鑰管理系統。高云半導體將利用BroadKey技術在其FPGA產品中實現安全功能，包括基于ARM和RISC-V的解決方案，十分契合國內嵌入式系統市場的需求。通過實現這些功能，高云半導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）”應用到云端應用的整套安全解決方案的公司。
基于BroadKey技術實現‘安全根‘解決方案，既保護客戶設計安全，同時滿足中國客戶的上市時間需求的最佳選擇。允許客戶保護設計免于在制造過程中被盜或克隆，為邊緣到云應用程序提供身份驗證和加密功能。 這種更強大的基礎安全性，可以在更低的成本及更快的時間內完成，客戶無需集成額外的安全芯片，無需在FPGA上進行特殊的密鑰植入。”
BroadKey技術于10月份獲得了2018年IoT Evolution安全卓越獎，這是Intrinsic ID公司基于軟件實現的物理不可克隆功能（PUF）技術，這項技術使得半導體設計公司和OEM制造商通能夠通過獨特的 “內在指紋識別” 的方式，實現物聯網安全保障，無需單獨的安全專用芯片。 BroadKey生成的根密鑰提供了很高的安全性，不需要專門事先存儲，將所有其它密鑰和安全操作錨定到目標設備上。
高云半導體在多個領域提供一系列FPGA解決方案，包括通信、工業、汽車、醫療、云計算和數據中心等。高云半導體在晨熙家族和小蜜蜂家族中，實現基于BroadKey技術的安全方案。晨熙家族高性價比FPGA系列產品，有效提升系統協同性能，在密集計算任務中，大大降低ARM或RISC-V應用處理器的壓力。集成嵌入式ARM處理器的小蜜蜂家族GW1NS系列產品是非易失性FPGA產品，具有瞬時上電、低功耗、多IO和小尺寸等優點，高性能橋接應用的理想選擇，全球第一款支持MIPI I3C和MIPI D-PHY標準的FPGA產品。
智能工業設備，工業控制以及消費領域對于安全性的需求越來越高，高云半導體的解決方案將很好解決日益嚴峻的安全挑戰，Intrinsic ID表示， BroadKey技術可以為這些領域以及物聯網相關產品，創建不可克隆的身份認證，無需額外的硬件，具有極大的靈活性，這對于芯片制造商是一個巨大的優勢。
關于高云半導體：
廣東高云半導體科技股份有限公司于2014年1月成立，總部位于廣州，公司致力于開發國產FPGA解決方案并推動其產業化，旨在推出具有核心自主知識產權的民族品牌FPGA芯片。公司提供包含芯片、設計軟件、軟核、參考設計、演示板等一站式服務。
關于 Intrinsic ID
Intrinsic ID是世界領先的數字認證公司，總部位于荷蘭，通過為IoT設備提供不可克隆的身份認證，為IoT提供基于硬件的安全解決方案。基于Intrinsic ID的專利SRAM PUF技術，該公司的安全解決方案，可以用硬件或軟件實現。Intrinsic ID的安全性方案，可以部署在產品生命周期的任何階段，用于驗證支付系統，安全連接，認證傳感器，保護敏感的政府和軍事系統。Intrinsic ID的安全方案已經成功應用在超過1.25億個設備中并獲得多個獎項，如物聯網安全卓越獎，Frost＆Sullivan技術領導獎和歐盟創新雷達獎。Intrinsic ID的安全方案已經在包括通用標準，EMVCo，Visa以及多個政府認證的數百萬臺設備得到驗證。 Intrinsic ID的使命： “認證一切。”
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
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