シリコンインターポーザ・有機インターポーザ・シリコンブリッジの違い:配線密度・大きさ・コストを比較
2.5D実装では、プロセッサとHBMのような複数のチップを横に並べ、パッケージ基板よりはるかに細かい配線で結びます。その中継の方法には大きく3つあります。シリコンインターポーザは、ウエハの配線工程で細かい配線をつくったシリコンの板を、すべてのチップの下に敷きます。有機インターポーザは、樹脂の絶縁膜と銅の配線を重ねた再配線層(RDL)でつくります。シリコンブリッジは、細かい配線をつくった小さなシリコン片を、チップどうしが接する部分の下にだけ埋め込みます。配線の細かさではシリコンインターポーザが有利で、大きさとコストでは有機インターポーザやシリコンブリッジが有利です。必要な配線の数とパッケージの大きさによって使い分けます。
| 項目 | シリコンインターポーザ | 有機インターポーザ(RDL) | シリコンブリッジ |
|---|---|---|---|
| つくり方 | シリコンのウエハに、半導体の配線工程(銅のダマシン)で多層の細かい配線とTSVをつくる | 樹脂の絶縁膜(ポリイミドなど)と銅のめっきの配線を、支持体の上に何層も重ねてつくる | 細かい配線をつくった小さなシリコン片を、パッケージ基板や再配線層の中に埋め込む |
| シリコンを置く範囲 | すべてのチップの下に1枚の大きな板を敷く | シリコンは使わず、すべてのチップの下に再配線層を敷く | 隣り合うチップの端どうしの下にだけ置く。ほかの部分は通常の基板の配線で接続する |
| 配線の細かさ(線幅/間隔)の目安 | 最も細かい。一般に1 µm前後以下 | シリコンより粗い。一般に2 µm前後が目安で、層の数も少なめ | ブリッジの部分はシリコンインターポーザと同じくらい細かい |
| 大きさの限界 | 露光の1ショットの範囲(約26 mm × 33 mm)を超えるには、ショットどうしをつなぐスティッチング露光が必要で、大きくするほど高価になる | シリコンインターポーザより大型化しやすい | ブリッジ自体は小さいので、ブリッジを複数置けば、露光の範囲より大きなパッケージにも対応しやすい |
| TSVの要否 | 必要。インターポーザを貫通して、上のチップとパッケージ基板をつなぐ | 不要。再配線層のビアで上下をつなぐ | 基板に埋め込む方式の多くでは、ブリッジ自体にTSVは不要。電源や多くの信号はブリッジの外側で基板と直接つなぐ |
| コスト | 高い。大きな面積のシリコンとTSVの工程が必要 | シリコンインターポーザより抑えやすい | シリコンの面積が小さいので、シリコンインターポーザより抑えやすい。ただし、埋め込みと位置合わせの工程が加わる |
| 熱膨張と反り | シリコンの熱膨張係数は有機の基板よりかなり小さく、その差による応力と反りが、大型化するほど問題になる | 熱膨張係数がパッケージ基板に近く、接続部の応力を減らしやすい。一方で、樹脂の層の反りや寸法の変化の管理が必要 | パッケージの大部分は有機の基板なので、全体の反りは通常の基板に近い。ブリッジの周りの局所的な応力や、細かいバンプと粗いバンプの高さの管理が課題 |
| 電気的な特徴 | 配線は細く短い。細い配線は抵抗が大きいので、長い距離の配線には向かない | 配線を厚くしやすく、抵抗は小さめ。ただし配線の本数の密度は低い | 高密度の配線はチップの端どうしの短い区間だけ。電源はブリッジを通さず、基板から直接供給できる |
| 主な用途 | 非常に多くの配線が必要な、プロセッサと複数のHBMの接続など | 配線の数の要求がそれほど厳しくない、または大きな面積が必要なチップレットの接続 | 大型のパッケージで、チップの端どうしだけを高密度につなぎたいチップレットやHBMの接続 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。