矽中介層、有機中介層、矽橋的差異:佈線密度、尺寸、成本比較
在 2.5D 封裝中,處理器與 HBM 等多顆晶片並排放置,以遠比封裝基板細微的佈線相連。中繼的方式大致有三種。矽中介層是以晶圓的佈線製程做出細微佈線的矽板,鋪在所有晶片下方。有機中介層以樹脂絕緣膜與銅佈線堆疊而成的重佈線層(RDL)製作。矽橋則是把做有細微佈線的小矽片,只埋在晶片彼此相接的部分下方。佈線細微度以矽中介層占優勢,尺寸與成本則以有機中介層或矽橋占優勢。依所需的佈線數量與封裝大小選擇使用。
| 項目 | 矽中介層 | 有機中介層(RDL) | 矽橋 |
|---|---|---|---|
| 製作方式 | 在矽晶圓上,以半導體的佈線製程(銅鑲嵌)製作多層細微佈線與 TSV | 在載板上把樹脂絕緣膜(聚醯亞胺等)與電鍍銅佈線堆疊多層製作 | 把做有細微佈線的小矽片,埋入封裝基板或重佈線層中 |
| 放置矽的範圍 | 在所有晶片下方鋪一整片大矽板 | 不使用矽,在所有晶片下方鋪重佈線層 | 只放在相鄰晶片邊緣彼此的下方。其他部分以一般基板的佈線連接 |
| 佈線細微度(線寬/間距)的參考值 | 最細。一般為 1 µm 左右或以下 | 比矽粗。一般以 2 µm 左右為參考,層數也較少 | 矽橋部分與矽中介層一樣細 |
| 尺寸限制 | 要超過曝光單次的範圍(約 26 mm × 33 mm),需要把各次曝光連接起來的拼接曝光,尺寸越大越昂貴 | 比矽中介層容易大型化 | 矽橋本身很小,放置多個矽橋就容易對應比曝光範圍更大的封裝 |
| 是否需要 TSV | 需要。貫穿中介層,連接上方晶片與封裝基板 | 不需要。以重佈線層的導通孔連接上下 | 在多數埋入基板的方式中,矽橋本身不需要 TSV。電源與許多訊號在矽橋外側直接與基板相連 |
| 成本 | 高。需要大面積的矽與 TSV 製程 | 比矽中介層容易壓低 | 矽的面積小,比矽中介層容易壓低。但會增加埋入與對位的製程 |
| 熱膨脹與翹曲 | 矽的熱膨脹係數遠小於有機基板,其差異造成的應力與翹曲,尺寸越大越成為問題 | 熱膨脹係數接近封裝基板,容易減少接點的應力。另一方面,需要管理樹脂層的翹曲與尺寸變化 | 封裝大部分是有機基板,整體翹曲接近一般基板。矽橋周圍的局部應力,以及細凸塊與粗凸塊的高度管理是課題 |
| 電氣特性 | 佈線細而短。細佈線的電阻大,不適合長距離佈線 | 佈線容易做厚,電阻較小。但佈線數量的密度較低 | 高密度佈線只在晶片邊緣之間的短區間。電源不經過矽橋,可直接由基板供應 |
| 主要用途 | 需要非常多佈線的處理器與多顆 HBM 的連接等 | 佈線數量要求沒那麼嚴格,或需要大面積的小晶片連接 | 在大型封裝中,只想讓晶片邊緣之間高密度相連的小晶片或 HBM 連接 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。