Interposeur silicium vs interposeur organique vs pont en silicium : densité, taille, coût
En packaging 2.5D, plusieurs puces, comme un processeur et des piles HBM, sont placées côte à côte et reliées par un câblage bien plus fin que ce qu’un substrat de boîtier peut offrir. Il existe trois grandes façons d’assurer cette liaison. Un interposeur silicium est une plaque de silicium portant un câblage fin réalisé par le procédé d’interconnexion des plaquettes, placée sous toutes les puces. Un interposeur organique est constitué de couches de redistribution (RDL) en diélectrique polymère et en câblage de cuivre. Un pont en silicium est un petit morceau de silicium à câblage fin enfoui uniquement sous les zones où les puces se rejoignent. L’interposeur silicium l’emporte en densité de câblage, tandis que l’interposeur organique et le pont en silicium l’emportent en taille et en coût. Le choix dépend du nombre de connexions nécessaires et de la taille du boîtier.
| Critère | Interposeur silicium | Interposeur organique (RDL) | Pont en silicium |
|---|---|---|---|
| Fabrication | Un câblage fin multicouche (damascène cuivre, comme dans les interconnexions des puces) et des TSV sont réalisés sur une plaquette de silicium | Des couches de diélectrique polymère (comme le polyimide) et de câblage de cuivre électrodéposé sont empilées couche par couche sur un support | Un petit morceau de silicium à câblage fin est enfoui dans le substrat du boîtier ou dans des couches de redistribution |
| Emplacement du silicium | Une grande plaque unique sous toutes les puces | Pas de silicium ; des couches de redistribution se trouvent sous toutes les puces | Uniquement sous les bords adjacents des puces voisines ; les autres connexions passent par le câblage ordinaire du substrat |
| Largeur/espacement typique des lignes | Le plus fin, typiquement autour de 1 µm ou moins | Plus grossier que le silicium, typiquement autour de 2 µm, avec moins de couches | Aussi fin qu’un interposeur silicium dans la zone du pont |
| Limites de taille | Dépasser un champ d’exposition (environ 26 mm × 33 mm) exige de raccorder des expositions (stitching), et le coût augmente avec la taille | Plus facile à agrandir qu’un interposeur silicium | Les ponts eux-mêmes sont petits : en placer plusieurs facilite les boîtiers plus grands qu’un champ d’exposition |
| Besoin de TSV | Nécessaires, pour relier les puces du dessus au substrat du boîtier à travers l’interposeur | Inutiles ; les vias des couches de redistribution assurent les connexions verticales | Dans la plupart des conceptions enfouies dans le substrat, le pont lui-même n’a pas besoin de TSV ; l’alimentation et de nombreux signaux sont reliés directement au substrat en dehors du pont |
| Coût | Élevé, en raison de la grande surface de silicium et du procédé TSV | Plus facile à maintenir en dessous de celui d’un interposeur silicium | Plus facile à maintenir en dessous de celui d’un interposeur silicium car la surface de silicium est faible, même si des étapes d’enfouissement et d’alignement s’ajoutent |
| Dilatation thermique et gauchissement | Le silicium se dilate beaucoup moins à la chaleur que les substrats organiques, et les contraintes et le gauchissement qui en résultent deviennent plus difficiles à maîtriser à mesure que la taille augmente | La dilatation thermique est proche de celle du substrat du boîtier, ce qui aide à réduire les contraintes aux joints, mais le gauchissement et les variations dimensionnelles des couches polymères doivent être maîtrisés | L’essentiel du boîtier est en substrat organique : le gauchissement global est donc proche de celui d’un substrat ordinaire ; les contraintes locales autour du pont et le contrôle de hauteur des bumps fins et grossiers sont des défis |
| Caractéristiques électriques | Les fils sont fins et courts ; les fils fins ont une résistance élevée et ne conviennent donc pas aux longues liaisons | Des fils plus épais sont plus faciles à réaliser : la résistance est plus faible, mais la densité de câblage aussi | Le câblage dense ne couvre que la courte distance entre bords de puces ; l’alimentation peut être fournie directement par le substrat sans passer par le pont |
| Usages typiques | Les connexions nécessitant un très grand nombre de fils, comme un processeur avec plusieurs piles HBM | Les connexions de chiplets aux exigences de câblage moins sévères ou nécessitant une grande surface | Les connexions de chiplets et de HBM dans les grands boîtiers qui n’ont besoin de câblage dense qu’entre bords de puces |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.