シリコンインターポーザ
TSVと多層RDLを備えたシリコンインターポーザー。CoWoS、HBM、チップレット統合、AI/MLアクセラレータパッケージングに対応。パッシブ、アクティブ、高抵抗RFグレードを300mmまで用意。
概要
シリコンインターポーザは、2.5Dおよび3D先端パッケージングの中核となる重要な相互接続構造です。チップダイと有機パッケージ基板の間に位置する高密度配線基板として機能し、有機基板では実現不可能なファインピッチ相互接続(L/Sは0.4/0.4μmまで)を提供します。Through-Silicon Via(TSV)が垂直電気フィードスルーを提供し、多層Cu RDLがチップレット、HBMスタック、I/Oインターフェース間の横方向配線を提供します。
GINECHIPは、パッシブ、アクティブ(LSIを埋め込んだCoWoS-L)、高抵抗RFグレードのシリコンインターポーザ基板を供給し、TSVアスペクト比は最大15:1、RDLのライン/スペースは0.4/0.4μmまで対応します。インターポーザは200mmおよび300mm径で、厚さは100μm~775μmのオプションがあります。すべてのインターポーザは、TSV抵抗/歩留まり、RDL導通、ボイド検出、バンプ完全性試験を含む総合的な電気的・機械的計測を受けます。
インターポーザの種類
Passive TSV Interposer
最も一般的垂直電気フィードスルー用のTSVと、横方向配線用の表面および/または裏面の多層RDLを備えたシリコンインターポーザ。アクティブデバイスはなく、純粋なパッシブ相互接続基板です。CoWoS-S、チップレットベースのプロセッサ、HBM統合に使用されます。すべてのインターポーザタイプの中で最高の相互接続密度(L/Sは0.4/0.4μmまで)と最低の信号遅延を提供します。
Active Interposer (CoWoS-L)
埋め込みLSIアクティブ信号バッファリング、プロトコルブリッジング、電力管理用のローカルシリコン相互接続(LSI)ダイを埋め込んだシリコンインターポーザ。LSIチップはインターポーザ誘電体内に埋め込まれ、インターポーザ外に出ることによる遅延ペナルティなしでチップレット間のアクティブ配線を提供します。CoWoS-LはAI/MLアクセラレータ統合の最先端を代表します。
High-Resistivity RF Interposer
RF/mmWave高抵抗(> 1,000 Ω·cm)シリコン上に作製されたシリコンインターポーザで、RFおよびmmWave周波数での基板損失を最小化します。アンテナアレイ、ビームフォーミングIC、トランシーバを単一のインターポーザ上に統合でき、インピーダンス整合とフィルタリング用の集積受動素子(IPD)を備えます。5G AiPモジュールおよびフェーズドアレイレーダーに使用されます。
技術仕様
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 材料 | Single-crystal silicon (CZ, FZ), High-resistivity Si (> 1,000 Ω·cm for RF) |
| 直径 | 200mm (8″), 300mm (12″) |
| 厚さ | 100μm – 775μm (standard), 50μm – 100μm (ultra-thin with temporary carrier) |
| TSV径 | 5μm – 100μm (application-dependent) |
| TSV深さ | 20μm – 300μm |
| TSVアスペクト比 | Up to 15:1 (via-first), up to 10:1 (via-middle) |
| RDL L/S | 0.4/0.4μm (fine-pitch), 2/2μm (standard), 5/5μm (coarse) |
| RDL層数 | 1 – 8 metal layers (Cu damascene or semi-additive) |
| 誘電体 | SiO₂ (CVD), Si₃N₄, low-k polymer (BCB, PI) |
| バンプタイプ | μ-bump (Cu pillar + SnAg cap), C4 bump (SAC305/SnPb), Cu hybrid bond pad |
| バンプピッチ | 10μm (hybrid bond) – 400μm (C4) |
| インターポーザフットプリント | Up to 2.5× reticle size (~2,100mm²) with stitching |
| TTV | ≤ 2μm (200mm), ≤ 3μm (300mm) |
| Bow / Warp | ≤ 30μm Bow, ≤ 40μm Warp (300mm, post-TSV) |
| パッケージング | Class 100 cleanroom vacuum-sealed cassette or single-wafer shipper |
アプリケーション
TSMC's CoWoS platform is the most widely deployed silicon interposer technology, with production volumes exceeding 2.68 million wafers. The silicon interposer provides the high-density interconnect fabric between logic compute dies, HBM stacks, and I/O chiplets. GINECHIP supplies the starting silicon substrates, TSV-processed wafers, and RDL-metallized interposers for CoWoS production.
HBMスタック(HBM2E、HBM3、HBM3E)には、1,024ビット幅インターフェースと55μm(μ-bump)~10μm(ハイブリッドボンド)のバンプピッチを備えたシリコンインターポーザが必要です。インターポーザはHBMスタック基部のロジックダイから演算ダイへ広帯域メモリバスをルーティングし、スタックあたり1.6 TB/sの帯域幅を実現します。
UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)およびBoW(Bridge of Wires)の標準化インターフェースにより、シリコンインターポーザ上での異種チップレット統合が可能になります。インターポーザは物理層の相互接続構造を提供し、複数のレチクルサイズのチップレット間にわたり、UCIe標準および高度なUCIe標準のデータレート16~64 GT/s/レーンをサポートします。
大規模言語モデル(LLM)のトレーニングおよび推論アクセラレータには、レチクル限界の2.5倍を超えるダイサイズに対応するためのレチクルスティッチングを備えたインターポーザが求められます。インターポーザは複数の演算タイル、HBMスタック、高速SerDesチップレットを接続し、インターポーザ全体で10 TB/sを超える帯域幅を実現します。
Data center switch ASICs (51.2T, 102.4T) require interposers for integrating the large switch die with multiple HBM stacks and high-speed SerDes. The interposer's dense routing capability (L/S 0.4/0.4μm) is essential for routing the massive I/O count (2,000+ signal pins) from the switch ASIC to the package substrate.
マルチダイFPGAおよびハードウェアエミュレーションプラットフォームは、シリコンインターポーザを利用して複数のFPGAファブリックダイを単一のインターポーザ上で接続します。インターポーザは、マルチダイFPGAを単一の論理デバイスとして見せることを可能にする、高帯域幅・低遅延のダイ間相互接続構造を提供します。
品質と計測
TSV抵抗・歩留まり
試験構造に対する4点ケルビンプローブ測定。TSV抵抗 < 50 mΩ(標準、10×100μmビア)。1,000ビアチェーンのデイジーチェーン導通歩留まり > 99.9%。
TSVアイソレーション・リーク
TSVとシリコン基板間のI-V測定。5Vバイアス時リーク電流 < 1 nA。200nm熱酸化SiO₂ライナーの降伏電圧 > 50V。
RDL電気試験
RDL試験構造の導通およびアイソレーション試験。ライン抵抗は目標シート抵抗(Cu:1.7 μΩ·cm バルク)に適合。層間誘電体の絶縁破壊 > 5 MV/cm。
X線 / 音響顕微鏡
TSV Cu充填およびバンプ相互接続のボイド検出。TSV充填部に > 1μmのボイドなし。リフロー後の界面層間剥離検査にC-SAMを使用。
TTV / Bow / Warp干渉計測
TSV後およびRDL後の全ウェーハトポグラフィ。300mmウェーハでTTV ≤ 2μm、Bow ≤ 30μm、Warp ≤ 40μm。後続のボンディングおよび組立工程にとって重要です。
AFM表面粗さ
CMP後の表面粗さ測定。Cuディッシング < 50nm、誘電体エロージョン < 30nm。ハイブリッドボンディング適合性のためCMP後Ra < 1nm。
FIB-SEM断面
TSVおよびRDL断面の集束イオンビームミリングとSEMイメージング。バリア/シード連続性、Cu充填品質、界面完全性の検証。
バンプシェア / プル試験
JEDEC JESD22-B117に準拠したμ-bumpおよびC4バンプの機械的完全性試験。Cuピラーバンプのシェア強度 > 50 MPa。C4バンプのプル強度 > 5g。