（原标题：2.5D封装的下一步）

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中介层和桥接器是先进封装中和解多个芯片和芯片组的两个要道元件，它们的构造和拼装面目正在发生根人道的变化。

中介层正变得越来越厚、越来越复杂，而桥接时刻则被用来批驳拼装资本。这两种悉力都靠近着新的挑战。

中介层实验上是一个平台，不错在其上拼装多个组件，访佛于微型PCB。目下主要材料是硅，即使采纳较早的工艺节点制造，其尺寸也使其价钱慷慨。它们往常用于处理高密度互连，同期将I/O、电源和接地信号传递到下方的封装基板。

同期，硅桥接时刻可在镶嵌有机中介层或基板中的芯片或芯片组之间达成高密度互连。硅是目下互连密度最高的材料，因此，硅桥接时刻的蓄意理念在于使其体积小、资本低，这与硅中介层形成赫然对比。但是，拼装良率问题降速了硅桥接时刻最终所开心的资本上风的达成。

图1 ：中介层与桥接层。中介层是大型硅平台，而桥接层是镶嵌有机中介层或衬底中的微型硅片

中介层越来越多

东谈主工智能正在鞭策中介层的复杂性。“咱们现在看到更厚的中介层，金属层也更多，以稳健东谈主工智能和高性能测度芯片所需的高密度布线和高电流旅途，” YieldWerx首席实践官 Aftkhar Aslam 示意。

目下典型的中介层最多有四层。少数中介层以致多达十层，跟着新一代HBM内存和更宽接口的出现，这种更厚的中介层将变得越来越盛大。

“在 HBM4 之后，咱们需要八到九层金属层，”联电先进封装总监 Pax Wang 说。

但是，这些格外的层数会加多资本。日蟾光集团高等总监曹立宏示意：“为了批驳互连旅途并提高信号完好性，中介层厚度束缚减小。但是，中介层厚度与机械强度和翘曲度之间需要取得均衡。”

联电的王先生对此示意赞同。“要是咱们想通过加多介电层来加多中介层的厚度，就会激勉一些集成问题，”他说谈。“举例，不管使用有机材料如故氧化物基材料，都可能导致翘曲。”

加多层数带来的挑战在于保握平整度。层数更多、更厚的中间层容易发生盘曲。但这并非不可克服的遏制。

“只须采纳得当的薄膜应力铁心时刻，就能铁心平整度，”Skywater Technology佛罗里达工场高等副总裁兼总司理Bassel Haddad示意。“但跟着RDL层数的加多，难度也会随之加多。”

有源中介层正在兴起

目下使用的中介层绝大大宗是无源的。它们的作用仅限于提供互连，其主要特征是金属线。但是，硅中介层由半导体材料制成，其半导体特色不错应用于晶体管。

日蟾光的曹先生示意：“有源中介层正得到越来越世俗的应用，尤其是在集成电源照拂、I/O 和光器件的 AI/HPC 应用中。但由于资本、良率和散热照拂方面的要道挑战，目下它主要局限于高端和定制搞定决议。”

这样一来，中介层就既是芯片又是互连平台。接下来必须在两种决议之间作念出选拔：一是选拔能够复旧所需晶体管性能的中介层工艺节点，二是径直在已选择的中介层节点上构建电路。谈判到在当先节点上制造大型硅中介层的极高资本，后者往常会占据主导地位。

事实证实，英特尔可能还是在这样作念了。“他们有[Foveros]的版块，你一看会以为它是一个中介层，但实验上它是一个有源芯片，” Amkor Technology认真芯片组/FCBGA集成的副总裁Mike Kelly说。“然后你再在上头放弃另一个功能芯片。”

电源照拂电路连续被说起，被认为是可四肢中介层的候选电路，它波及性能一般的模拟和数字晶体管。信号退换电路和SRAM（尤其是四肢缓存）亦然研究东谈主员关怀的重心。

但有源硅中介层比无源硅中介层贵得多。如今，良率不单是意味着领有及格的金属线，晶体管的性能也必须出色。“有源中介层引入了功能测试条件、电气繁难风险和芯片级莳植战略，将当年机械或寄顺利应导致的良率问题扩张到了电气方面，”yieldWerx公司的Aslam说谈。

有源中介层需要更多测试

目下主流的中介层出产经由不及以出产高质地、高可靠性的有源中介层。如今，除了毛糙的开路/短路测试外，还需要进行功能测试，何况这些测试可能波及模拟电路和数字电路。

电路之间可能也需要电气繁难——这关于无源中介层来说并不适用。这使得目下主要靠拢于氧化物和金属千里积及图案化的工艺变得复杂。深沟槽电容器也越来越多地被应用，但它们是无源元件，有助于保握信号的纯洁度。沟槽也可能是驻守电路互关连扰的必要步调。

由于此类中介层资本慷慨，其良率至关繁难，而关于尺寸最大的中介层来说，这自身即是一个挑战。加多电路会加多测试过程中出现故障的风险。芯片级莳植决议有助于幸免原来可能失效的中介层被报废。

阿斯拉姆指出：“关于外包拼装和测试公司（OSAT）以及测试机构而言，检测战略也在束缚发展。如今，除了X射线和红外成像除外，电气一语气性和信号完好性监测也弘扬着繁难作用。”

达成存源中介层的一个设施是将其他芯片镶嵌基板或中介层中，而不是将其装配在其上方。“运用桥接芯倏得刻，蓄意东谈主员不错将电源照拂集成电路（PMIC）、电容器和电感器集成到基板或中介层中，从而提高其能效，”王训诫说谈。

尽管资本较高，但有源中介层仍有潜在的上风。“智能中介层的宗旨可能不会灭亡，但它的价钱如实很高，”凯利说。“不外，一朝将晶体管和解到中介层上，这片中介层晶圆的价值就会大大擢升。”

光子学不错使用中介层

光子中介层诚然不太常见，但也很常见，举例 Lightmatter 公司的 Passage，它实验上是一个不错装配电子芯片和芯片组的平台。该中介层不错实践电光出动和光电出动，因此是一种有源中介层。

Lightmatter公司产物副总裁史蒂夫·克林格示意：“其中可能包含模拟电路。通盘效于理解多样光子元件的铁心电路都集成在Passage里面的CMOS芯片中。你不错把它遐想成一个有源光中介层。”

除了出动组件外，通盘光子铁心电路都集成在中介层中，进一步肃穆了其有源特色。该公司遐想改日其他模拟电路也能集成到该中介层中。

由于光的一个要道特色，光中介层所需的层数不错比电中介层少。“光子学的兴致之处在于，波导不错互相交叉，何况这莫得问题，”克林格说。

这样不错大大简化布线，摈弃原来可能为了绵薄信号交叉而需要的层级。

这些中介层可能稀薄大。Lightmatter公司正在研发尺寸为瞄准镜十字线8倍的中介层。这需要进行十字线拼接，该公司宣称已就此时刻获取专利。

幸免硅的慷慨资本

2.5D封装限制的许多行为都围绕着批驳中介层资本张开。一种方式是寻找比硅更低廉的材料。有机中介层在材料和制形资本方面都更低，因为它是在面板上而非晶圆上制造的。硅需要后面研磨来表露硅通孔（TSV），而有机中介层则无需这些工艺设施。

封装基板等有机元件的金属线间距往常为 10μm，但这不及以闲隙中介层互连的密度条件。要达成 5μm 的线间距，则需要洁净室。代工场天然领有这样的洁净室，但要是 OSAT 厂商想要自行出产这些中介层，洁净室则意味着一笔不小的投资。

味之素增材制造膜（ABF）使得高性能有机中介层成为可能，其复旧的速率比基板和印刷电路板（PCB）中常用的传统材料更高。诚然它比传统材料贵得多，但从材料资本的角度来看，它仍然比硅低廉。

在集成三维堆叠结构（举例 HBM）时，由于焊盘间距越来越小，使用有机材料批驳资本变得愈加困难。目下正在悉力开发计划时刻，但这仍处于研究阶段。

Skywater公司的Haddad示意：“我认为硅中介层和有机中介层最终会共存，但它们会徐徐向有机中介层靠拢。独一在需要特定功能时，你才会看到硅中介层。”

玻璃也不错用资本更低的面板制成，因此也在谈判之列。不外，距离果真插足出产还罕有年时辰。“玻璃中介层距离量产可能还有好几年的时辰，”王先生教导谈。

玻璃弗成用作电活性中介层，但不错承载光子元件。“其上风在于信号损耗更小，尤其关于光信号而言，何况易于达成光的穿透、切换、变换和传输，”王训诫说谈。

目下玻璃行业尚未作念好理睬玻璃的准备。“玻璃需要一个盛大的生态系统来设立通盘开辟和范例化体系，”哈达德说。“咱们预测这些将在2027/2028年阁下出现。”

桥接时刻尚未十足批驳资本

最有但愿批驳资本的蹊径之一是使用硅桥接器代替硅中介层。每个桥接器的尺寸都小得多，从而不错提高良率。一个桥接器（或多个桥接器）的资本将远低于一个硅中介层的资本。

曹示意：“与全中介层比拟，镶嵌式硅桥能够以更低的资本提供高密度互连和更短的延伸。”

其想路是将桥接结构镶嵌有机材料中——往常是封装基板，但也可能是有机中介层。开始在有机材料中形成一个空腔。然后插入桥接结构，并治愈其位置，使封装上的焊盘与桥接结构讲求战斗。

鉴于封装基板历久存在，有些东谈主可能会认为中介层并非必要。“目下正在参谋诸如‘为什么不废弃中介层，径直使用ABF基板，或者将其与DTC（深沟槽电容器）淹没使用，并将芯片桥接到基板上呢？’”王说谈。

而这恰是现在最大的挑战——瞄准。事实证实，瞄准难度极大，良率也很低。这使得桥接芯片的净资本可能进步硅中介层。问题不在于桥接芯片自身，而在于低良率。

对皆并非仅对桥接芯片上方的芯片才需要。在桥接线平直的情况下，芯片组之间也必须对皆。但在这种情况下，偏移很常见，这意味着由于芯片偏移，桥接芯片上从一个芯片到另一个芯片的直线图案可能会错过两头的一个或两个焊盘。

Multibeam公司示意不错莳植此类偏移。“在架设这些桥接结构时，会出现一些偏移，这亦然部分屈服强度问题的原因地方，”Multibeam公司时刻副总裁Ted Prescop说谈。“咱们不错运用这些偏移进行图案化处理。”

这项时刻不错制造纳米级（最小可达30纳米）的线/间距，而传统光刻时刻只可制造微米级的线/间距。但其挑战在于，每个芯片都必须单独进行图案化，这会影响出产成果。

图 2 ：采纳径直写入电子束矫正芯片放弃偏差

诚然这看起来使命量很大，但总比径直报废要好。“另一种方式是把特征作念得相配大，这样即使存在机械偏移，也能有富余大的着陆平台来弥补，”普雷斯科普指出，“但这样一来，你就失去了小特征带来的许多上风。”要是能搞定良率问题（而良率问题形成的蚀本更大），那么加多的缝合伙本不祥是值得的。

硅材料目下仍是首选

就目下而言，硅中介层仍然是2.5D集成限制的主要材料，该限制目下由少数几家大型企业主导。有机中介层正在崛起，跟着时辰的推移，可能会从硅中介层手中抢走一部分阛阓份额，但不会一皆被取代。与此同期，玻璃中介层尚未达成量产。

至于桥接器件，它们的后劲尚未得到充分弘扬。良率是亟待搞定的要道问题。要是能搞定这个问题，将有助于批驳2.5D集成资本。要是可能，将它们镶嵌基板而非中介层中，也应该能够勤俭资本。

https://semiengineering.com/whats-next-for-2-5d-packaging/

（来源：编译自semiengineering）

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