先進封裝中的Interposer：詳細介紹與種類

什么是Interposer？

Interposer（中介層）是先進封裝技術(shù)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，它在芯片與封裝基板之間起到"橋梁"作用。在3D或2.5D封裝中，Interposer將多個芯片（如CPU、GPU、HBM存儲等）連接在一起，實現(xiàn)高速、密集的互連。

Interposer本身不是最終的功能芯片，而是放置在芯片與基板之間的一層"轉(zhuǎn)接層"。在工藝上，Interposer通常以硅片、玻璃或陶瓷等材料作為載體，在其上加工精細的布線和通孔（TSV，硅通孔），從而實現(xiàn)不同芯片之間的高帶寬、低延遲連接。

Interposer，中文常譯為 “中介層” 或 “轉(zhuǎn)接板”，是先進封裝技術(shù)中的核心部件。它本身是一個 “中間襯底” ，位于芯片（或多個芯片）與封裝基板之間，起到電氣連接、信號中轉(zhuǎn)和機械支撐的作用。

1. 核心作用與解決的問題

在摩爾定律逐漸放緩的背景下，單純依靠晶體管微縮來提升系統(tǒng)性能的難度和成本激增。先進封裝，特別是 2.5D/3D封裝，成為延續(xù)“超越摩爾定律”的重要途徑。Interposer在其中扮演了關(guān)鍵角色，主要解決以下問題：

• 高密度互連：允許在其表面上集成多個芯片（如CPU、GPU、HBM內(nèi)存），并通過其內(nèi)部的微細布線實現(xiàn)芯片間超短距離、超高帶寬的互連，遠超傳統(tǒng)PCB的能力。

• 異構(gòu)集成：使不同工藝節(jié)點、不同功能、不同材質(zhì)的芯片（如邏輯芯片、存儲芯片、射頻芯片）能夠集成在同一封裝內(nèi)，實現(xiàn)系統(tǒng)級性能優(yōu)化。

• 緩解“I/O瓶頸”：為高性能計算芯片（如GPU、AI加速器）與高帶寬內(nèi)存（HBM）提供了一條遠超傳統(tǒng)封裝的寬、快“數(shù)據(jù)高速公路”，極大地提升了內(nèi)存帶寬并降低了功耗。

• 熱管理與應(yīng)力緩沖：部分Interposer材料（如硅）具有良好的導(dǎo)熱性，有助于散熱。同時，它也能在一定程度上緩沖芯片與基板之間因熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的機械應(yīng)力。

2. 關(guān)鍵特性與技術(shù)

• 超高密度布線：Interposer上的布線線寬/線距可達微米甚至亞微米級（例如1μm或更小），遠優(yōu)于傳統(tǒng)封裝基板（通常>10μm）。

• 硅通孔：對于硅基Interposer，TSV 是其標志性技術(shù)。TSV是垂直貫穿硅襯底的微孔，內(nèi)部填充銅等導(dǎo)電材料，實現(xiàn)了Interposer上下表面的垂直電性連接，是3D堆疊的關(guān)鍵。

• 微凸塊：芯片通過微米級的焊料凸塊或銅凸塊，以倒裝焊的形式連接到Interposer表面，實現(xiàn)高密度I/O連接。

3. 與傳統(tǒng)基板的區(qū)別

• 封裝基板：通常是有機材料（如ABF），線寬較寬（十幾到幾十微米），用于芯片與主板之間的常規(guī)連接和電源輸送。

• Interposer：材料多樣（硅、有機、玻璃等），布線密度極高，專門用于芯片之間的超高帶寬互連。它通常還需要再被安裝到一塊更大的傳統(tǒng)封裝基板上，以引出到外部引腳。

Interposer的核心作用

1. 縮短信號走線：大幅降低功耗與延遲，同時提升帶寬

2. 實現(xiàn)異構(gòu)集成：靈活組合不同工藝和功能的芯片，無需在同一工藝廠制造

3. 提高集成度：讓多個芯片像拼積木一樣被高效集成在一起

4. 優(yōu)化散熱：為高功耗芯片提供更有效的散熱路徑

Interposer的主要種類

1. 硅中介層（Silicon Interposer）

• 發(fā)展歷史：由臺積電率先提出并量產(chǎn)CoWoS工藝，2012年為賽靈思生產(chǎn)的Virtex-7 FPGA成為首個大規(guī)模應(yīng)用案例

• 優(yōu)勢：工藝成熟，可實現(xiàn)亞10μm的超細布線與多層TSV結(jié)構(gòu)，完美適配高性能計算需求

• 劣勢：成本高昂（"圓切方"幾何損耗隨面積增大而急劇上升）；散熱瓶頸（熱導(dǎo)率約150-160 W/m·k）；高頻條件下信號串擾和插損問題

• 應(yīng)用：臺積電的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）技術(shù)是典型代表

2. 有機中介層（Organic Interposer/RDL再布線層）

• 發(fā)展背景：2010年代中期隨Fan-Out封裝興起，為解決硅中介層成本問題

• 優(yōu)勢：面板級生產(chǎn)（PLP）模式，大幅提高產(chǎn)能利用率；材料與設(shè)備成本顯著低于硅中介層；布線層數(shù)可靈活定制

• 劣勢：布線精細度不足（線寬/線距較大），難以支撐對性能有極致要求的場景

• 應(yīng)用：大規(guī)模AI訓(xùn)練芯片的經(jīng)濟之選

• 行業(yè)動態(tài)：JOINT3聯(lián)盟（由瑞薩牽頭，27家全球材料、設(shè)備、EDA巨頭組成）正在開發(fā)面板級有機中介層

3. 玻璃中介層

• 獨特優(yōu)勢：能支持嵌入基板的芯粒與直接堆疊于頂部的芯粒之間的3D堆疊（硅中介層無法實現(xiàn)）

• 性能對比：與硅中介層相比，可實現(xiàn)2.6倍的面積優(yōu)化、21倍的線長縮短，全芯片功耗降低17.72%，信號完整性提升64.7%，電源完整性改善10倍

• 行業(yè)動態(tài)：三星電子計劃在2028年將玻璃基板引入先進半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域

4. SiC（碳化硅）中介層

• 熱性能優(yōu)勢：熱導(dǎo)率高達490W/m·k，是硅的2-3倍以上，能更有效地導(dǎo)出AI芯片產(chǎn)生的熱量

• 其他優(yōu)勢：熱膨脹系數(shù)與芯片材料高度契合，保證封裝穩(wěn)定性；支持高深寬比通孔設(shè)計，縮短互連距離，提升數(shù)據(jù)傳輸速度

• 應(yīng)用案例：采用SiC中介層后，英偉達H100芯片的工作溫度可從95℃降至75℃

• 行業(yè)動態(tài)：臺積電積極推動SiC中介層研發(fā)，聯(lián)合多家廠商組建技術(shù)聯(lián)盟

5. 陶瓷中介層

• 優(yōu)勢：擁有優(yōu)良的絕緣性和機械性能

• 挑戰(zhàn)：受限于加工工藝，量產(chǎn)難度較大

6. 其他技術(shù)方案

• EMIB（嵌入式多芯片互連橋）：英特爾提出的2.5D封裝技術(shù)，不采用大型硅中介層，而是運用具有多個布線層的小型橋接芯片

• I-Cube技術(shù)：三星半導(dǎo)體推出的2.5D封裝技術(shù)，通過在中介層上水平放置多個邏輯裸片和HBM裸片，實現(xiàn)異構(gòu)集成

行業(yè)發(fā)展趨勢

隨著AI和高性能計算需求爆發(fā)，傳統(tǒng)硅中介層的散熱和成本問題日益凸顯。行業(yè)正朝著新材料、新工藝方向發(fā)展：

1. SiC和玻璃中介層：成為解決散熱和成本問題的新選擇

2. 雙軌并行策略：臺積電等巨頭同時推進硅中介層升級和SiC中介層研發(fā)

3. 3D堆疊技術(shù)：玻璃中介層支持的3D堆疊將成為未來主流

隨著AI芯片功耗持續(xù)提升，對先進封裝技術(shù)的需求將更加迫切。SiC、玻璃等新材料的出現(xiàn)，為解決散熱、成本等問題提供了新的思路，未來中介層技術(shù)將朝著更高效、更低成本、更可靠的方向發(fā)展。

目前，硅中介層仍是主流，但隨著SiC和玻璃等新材料技術(shù)的成熟，它們將在AI芯片封裝中扮演越來越重要的角色。

先進封裝清洗-合明科技錫膏助焊劑清洗劑介紹：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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