PoP 叠层封装·内存叠在处理器头上

每颗手机处理器（行业叫 SoC，System on Chip，把 CPU、图形、基带等功能做在一颗芯片上）都需要一颗 DRAM 内存放正在运行的程序和数据。处理器干活时一刻不停地读写内存，两者之间的线越短，速度越快、越省电。

早期手机把两颗芯片并排焊在主板上。可到了 2000 年代中期，手机要塞进摄像头、大电池、更大的屏幕，主板面积被挤得越来越小。工程师想到：能不能把内存直接叠在处理器头上？

为什么不干脆把两颗芯片封在一个壳里？

还有一种更“彻底”的叠法：把内存芯片直接叠在处理器芯片上，装进同一个封装（这属于 SiP 的芯片堆叠，早期功能手机的多芯片封装就常这样做）。它更薄，为什么旗舰手机反而选择了“叠两个封装”？

• 可以分开测试。裸芯片很难在封装前完全测好。如果把一颗没测透的内存和一颗昂贵的处理器封在一起，任何一颗坏了，整个封装都得扔掉。PoP 里的两颗芯片各自封装、各自测试合格，再叠到一起。
• 来自不同公司。处理器由高通、苹果、联发科等设计，内存由三星、SK 海力士、美光等生产。PoP 让双方各做各的封装，交接的只是一个标准化的焊球接口。
• 可以晚点决定配置。同一款处理器可以在组装主板时，才决定叠 8 GB 还是 12 GB 的内存，甚至换一家内存供应商。

关键在第 5、6 号：处理器芯片占了下层封装的中间，所以上层封装的焊球只能落在外圈，绕开中间的芯片。内存发出的每一个信号，都要走“内存芯片 → 金线 → 上层基板 → 外圈焊球 → 下层基板 → 处理器”这条路。这比主板上并排走线短得多，但比芯片之间直接相连还是长不少。

PoP 的几代变化

PoP 最难的地方，是让上层的焊球“跨过”下层的处理器芯片。芯片有厚度，焊球就得足够高；焊球高了就得做大，做大了就排不密。二十年来的改进，基本都是在解决这个矛盾：

怎么叠焊：一次回流焊好两层

PoP 通常不是在封装厂叠好再卖，而是在手机组装厂的贴片线上现场叠。两层封装加上主板，一次通过回流炉，同时焊好：

这就是为什么从 2000 年代后期到 2020 年代，几乎所有智能手机的主处理器都采用了 PoP 或它的变种。它用很低的代价，同时满足了“小”“快”“能分工”三件事。

1. 翘曲：两块饼干受热弯得不一样

封装由塑封料、基板、硅等好几种材料粘成，它们受热膨胀的快慢不同，所以封装加热时会像饼干一样弯起来，这叫翘曲。一颗封装弯一点问题不大，可 PoP 是两颗封装面对面焊在一起：如果上层往一个方向弯、下层往另一个方向弯，外圈的焊球就会被拉开，焊料熔化时够不着对面，形成开路，或者只是“搭”在一起没有真正融合（叫枕头效应，head-in-pillow，像头枕在枕头上，贴着但没长在一起）。拖动温度看看：

行业的对策包括：用 JEDEC 规定的方法（如 JESD22-B112）在加热过程中实测翘曲；让上下两家封装厂协调材料，使两层“弯得一样”；用 TMV 或中介层让下层更硬；以及在焊盘上加更多焊料，给缝隙留余量。

2. 热量：处理器被“捂”在内存下面

处理器是手机里最热的东西，满载时可能有好几瓦热量要散出去。可在 PoP 里，处理器头顶正压着内存，热量只能穿过内存封装，再传到手机的金属中框或均热板。

内存偏偏又怕热。DRAM 靠电容存数据，电容会慢慢漏电，需要定期“刷新”。温度越高漏得越快，一般超过约 85 °C 就得把刷新频率加倍，更费电、更占带宽。于是处理器热，把内存烤热；内存热，又让处理器不得不降频。手机玩大型游戏时“越玩越卡”，部分原因就在这里。

3. 带宽：内存的线只能走外圈

上层焊球只能排在下层芯片的四周，这又回到了倒装芯片那一页讲过的“周长问题”：焊球数量受周长限制，而且间距约 0.3–0.5 mm，远比芯片上的凸点粗。下面算一算一颗 14 mm 见方的 PoP 外圈能排多少球：

几百颗球听起来不少，但手机内存的总线宽度一般只有 64 位左右（比如 4 个 16 位通道），再要加宽就塞不下了。想要更高的带宽，只能把每根线跑得更快：从 LPDDR4 到 LPDDR5X，单根线的速率翻了好几倍，可越快越难，也越费电。HBM 走的是另一条路：线多到上千根，每根跑得慢一点，但这需要芯片和内存并排放在中介层上，PoP 结构做不到。

到了 2020 年代中期，手机里跑起了本地 AI 模型。AI 计算特别“吃”内存带宽，又特别发热，PoP 的两个天花板同时被撞上了。

据公开报道和初步拆解，苹果 2026 年的 A20 Pro 改用台积电的 WMCM（晶圆级多芯片模块）：内存不再叠在处理器上方，而是和处理器并排嵌在同一片塑封料里，下面共用一套 RDL 走线。处理器头顶不再压着内存，热量可以直接往上散；内存的线也不必挤在外圈焊球里，可以在 RDL 里横着走过去。代价是占的面积变大，部分抵消了当年 PoP 省下的地方。另有报道称，标准版 A20 可能仍用 InFO-PoP。

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