發布日期：2022-04-18 點擊率：57
【導讀】內插器可以很好地節省器件成本，在這里，可以將無源器件嵌入進來從而降低整體封裝尺寸。像電容、電阻、電感這樣的無源器件會占據超過50%的寶貴晶片面積，所以如果把它們從處理器的管芯上移除掉，會讓集成整合更加高效。但是這就能解圍3D封裝的遲遲不來嗎？
IEDM 2014會議期間提供了一些課程教材，其中，關于3D IC的幻燈片引起了我的注意。下面圖中幻燈片給出了關于半導體行業中所使用的不同內插器的概述。
在這個教程中，我看到了大家關于內插器怎樣改變半導體行業的一些討論。在早期，內插器的功用在于可以使器件擁有非常大的IO數量，這樣一來內插器是作為層疊平臺的擴充套件形式存在的，但現在，它可以很好地節省器件成本，在這里，可以將無源器件嵌入進來從而降低整體封裝尺寸。像電容、電阻、電感這樣的無源器件會占據超過50%的寶貴晶片面積，所以如果把它們從處理器的管芯上移除掉，會讓集成整合更加高效。這張幻燈片讓我想到在一個內插器中集成無源器件（IPD）及其成本評估。我很想知道，是否會有芯片制造商染指這個領域。
我發現，2014年的IEDM大會上有一篇來自臺積電的論文，在文中他們描述了采用銅鑲嵌工藝在硅內插器上實現的一種MIM電容。硅內插器具有從頂部和底部兩側連接到外部器件的能力。在最頂部金屬層的上面，有一個重分布的層連接到一個u型凸點上，有助于和處理器管芯的連接。而在基片的底部，一個硅通孔連接到一個C4凸塊焊盤上，從而附著到封裝基板上。相信這應該是目前在硅內插器上嵌入無源器件的最尖端的案例。
接下來我又搜索了關于在玻璃襯底上嵌入無源器件的資料。玻璃襯底一直在吸引大量的關注，特別是在高頻應用中，因為玻璃可以在跨度很大的工作頻率和溫度區間內保持低損的特性。這種技術的主要玩家有佐治亞理工學院、IMEC、意法半導體、弗勞恩霍夫研究所、肖特集團、旭硝子與道康寧。所有這些公司都在玻璃內插器上進行了深入的研發，而且所有公司都在玻璃襯底上制造了無源器件，并在若干個會議中展示了他們的研究成果。大多數情況下，會在玻璃襯底上沉積一層有機體，然后在這個有機層上生產無源器件。佐治亞理工學院的網站上同樣展示了采用玻璃通孔工藝的無源器件。
不過，可能是因為我搜索的資料有限，我并沒有找到在一個內插器上實現的帶有IPD的商業化芯片，這樣的芯片中，內插器是連接到處理器上的。如果是這樣，這實際上是一種2.5D的集成方案，對玻璃襯底也是如此。由于存在一些固有的制造挑戰，在這個方案上，玻璃內插器落后于硅內插器。比如，你可以在硅襯底上應用所有已知的半導體行業的專業知識。采用先進的印刷技術可以將精細的尺寸圖案化，在硅襯底上可以實施高密度的硅通孔，而且載體晶圓可以很容易做到厚度低于50微米。而對于玻璃而言，卻很難應用這些技術，把玻璃襯底削薄也充滿了挑戰。然而，玻璃也并非一無是處，它也存在一些優勢屬性：它可以做到900毫米x900毫米，這樣一來這些大型面板便可以產生非常高數量的玻璃內插基板，這比從300毫米的硅晶圓上切割出的硅內插器的數量要高出一個量級，從而降低了這些玻璃基板的整體價格。而且，玻璃的低損耗特性非常適合于高頻應用，尤其是電感一類的無源器件。當然，硅和玻璃這兩種材料都各有自己的優缺點。
基于研究和會議記錄，很顯然，半導體行業將使用嵌入無源器件的內插器以實現小型化和增加功能。這個進程可能會因為生產良率、測試和質量標準以及可靠性等問題而有所拖延。
處理器是一種高質量規格的產品，如果我們把它連接到一個實現了無源器件的內插器，可能會帶來一些額外的可靠性考慮，特別是處理器和內插器的連接處的可靠性。嵌入式組件進行返工是不大現實的，所以嵌入式無源器件具有很高的良率至關重要。我們知道在系統級封裝（SIP）中嵌入無源器件的重要性，所以行業將很快確定最具成本效益的2.5D集成工藝。大型芯片制造商、研究組織和OSAT成員在內插器上進行了大量的研發活動，所以，很可能，我們不用等太久就可以看到在內插器中實現IPD的商業產品成為主流。
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