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图5:2022年6月发布的MacBook Pro主板和M2处理器
来源:Tekanariye Report
M2处理器将DRAM整合到一个单独的封装中,并进行了模块化,使其成为继“A12X”、“A12Z”和“M1”之后的第四款具有类似结构的苹果芯片。右侧有两个DRAM,左侧处理器侧覆盖有金属LID用于散热。金属 LID 用粘合剂固定在处理器和封装上,需要一些专业知识才能将其取下。电源IC安装在板上处理器的上方和右侧,进行电源关闭和电压波动等处理。处理器和电源 IC 是芯片组的支柱,因此它们在任何非 Apple 系统中都非常靠近。
图 6显示了从板上拆下的 M2 处理器封装的背面。与板子相连的端子(信号和电源)排列密集。终端数量超过2500个。
图6 M2封装背面
来源:Techanarie Report
近年来,处理器和内存的并行化程度提高,由于电压降低,电源必须加强,因此需要大量的 GND 引脚。因此,许多封装有超过 2000 个引脚。有些封装有超过 7000 个引脚。
M2有超过2500个球,球尺寸为0.28mm,间距为0.5mm。球形排列有四个孔,在这些部分中嵌入了带有左下角端子的硅电容器。虽然有嵌入陶瓷电容器的案例(例如高通和联发科),但许多苹果处理器都嵌入了硅电容器。这四个电容器直接位于处理器的 DDR 接口上方,用于提高 DRAM 和处理器之间的效率。
图 7显示了 M2 封装中所有的芯片。图 6所示的另外两种类型的硅电容器也包含在内。右边的 DRAM 堆叠了 4 片或 8 片(用户可以根据产品规格选择 8GB 到 24GB 的 DRAM 容量),即使是最小的配置也有 8 片 DRAM 硅片。由于总共有 1 个处理器、8 个 DRAM 硅和 11 个硅电容器,因此 M2 封装中总共有 20 个die。
图7 M2芯片剖开
顺便说一句,目前在一个封装中拥有最多硅的是苹果 2022 年 3 月发布的“Mac Studio”中安装的“M1 Ultra”。一个封装内嵌入了多达 135 块硅片!!
随着半导体小型化的推进,管脚的数量趋于增加(并行化和电源增强)。因此,2D(尺寸)、2.5D、3D等封装技术的演进是必不可少的,但如何在功能性硅层压的同时加入部件(电容器等)以保证特性和质量?
未来,将制造诸如在硅中介层(用于布线的硅)中嵌入电容器等器件。甚至对 M1 Ultra 和最新的 AMD 2.5D“Ryzen 7 5800X3D”的横截面分析也表明,它不仅仅是功能上的进化。为实现功能与特性并重,未来“多晶硅封装”将继续推进。