Кремниевый интерпозер
Кремниевые интерпозеры с TSV и многослойным RDL для CoWoS, HBM, интеграции чиплетов и упаковки ускорителей AI/ML. Доступны в пассивном, активном и высокоомном RF-исполнении диаметром до 300mm.
Обзор
Кремниевый интерпозер — ключевая структура межсоединений в основе передовой 2.5D- и 3D-упаковки. Он служит высокоплотной коммутационной подложкой между кристаллами чипов и органической подложкой корпуса, обеспечивая межсоединения с мелким шагом (L/S вплоть до 0.4/0.4μm), недостижимые на органических подложках. Сквозные кремниевые переходы (TSV) обеспечивают вертикальные электрические вводы, а многослойный Cu RDL — боковую разводку между чиплетами, стеками HBM и интерфейсами I/O.
GINECHIP поставляет подложки кремниевых интерпозеров в пассивном, активном (CoWoS-L со встроенными LSI) и высокоомном RF-исполнении, с аспектным соотношением TSV до 15:1 и линией/зазором RDL до 0.4/0.4μm. Наши интерпозеры доступны диаметром 200mm и 300mm с вариантами толщины от 100μm до 775μm. Все интерпозеры проходят комплексную электрическую и механическую метрологию, включая сопротивление/выход TSV, непрерывность RDL, обнаружение пустот и проверку целостности бумпов.
Типы интерпозеров
Passive TSV Interposer
Наиболее распространенныйКремниевый интерпозер с TSV для вертикальных электрических вводов и многослойным RDL на лицевой и/или обратной стороне для боковой разводки. Без активных элементов — чисто пассивная подложка межсоединений. Используется в CoWoS-S, процессорах на чиплетах и интеграции HBM. Обеспечивает наивысшую плотность межсоединений (L/S вплоть до 0.4/0.4μm) и наименьшую задержку сигнала среди всех типов интерпозеров.
Active Interposer (CoWoS-L)
Встроенный LSIКремниевый интерпозер со встроенными кристаллами локальных кремниевых межсоединений (LSI) для активной буферизации сигналов, мостового согласования протоколов и управления питанием. Чипы LSI встроены в диэлектрик интерпозера, обеспечивая активную разводку между чиплетами без задержки при выходе за пределы интерпозера. CoWoS-L представляет собой передовой уровень интеграции ускорителей AI/ML.
High-Resistivity RF Interposer
RF/mmWaveКремниевый интерпозер, изготовленный на кремнии с высоким удельным сопротивлением (> 1 000 Ω·cm) для минимизации потерь в подложке на частотах RF и mmWave. Позволяет интегрировать антенные решетки, IC формирования луча и трансиверы на одном интерпозере с интегрированными пассивными элементами (IPD) для согласования импеданса и фильтрации. Используется в модулях 5G AiP и фазированных антенных решетках.
Технические характеристики
| Параметр | Спецификация |
|---|---|
| Материал | Single-crystal silicon (CZ, FZ), High-resistivity Si (> 1,000 Ω·cm for RF) |
| Диаметр | 200mm (8″), 300mm (12″) |
| Толщина | 100μm – 775μm (standard), 50μm – 100μm (ultra-thin with temporary carrier) |
| Диаметр TSV | 5μm – 100μm (application-dependent) |
| Глубина TSV | 20μm – 300μm |
| Аспектное соотношение TSV | 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) |
| Слои RDL | 1 – 8 metal layers (Cu damascene or semi-additive) |
| Диэлектрик | SiO₂ (CVD), Si₃N₄, low-k polymer (BCB, PI) |
| Тип бумпа | μ-bump (Cu pillar + SnAg cap), C4 bump (SAC305/SnPb), Cu hybrid bond pad |
| Шаг бумпов | 10μm (hybrid bond) – 400μm (C4) |
| Типоразмер интерпозера | Up to 2.5× reticle size (~2,100mm²) with stitching |
| TTV | ≤ 2μm (200mm), ≤ 3μm (300mm) |
| Bow / Warp | ≤ 30μm Bow, ≤ 40μm Warp (300mm, post-TSV) |
| Корпусировка | Class 100 cleanroom vacuum-sealed cassette or single-wafer shipper |
Применения
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.
Стеки HBM (HBM2E, HBM3, HBM3E) требуют кремниевых интерпозеров с 1 024-битными интерфейсами и шагом бумпов от 55μm (μ-bump) до 10μm (гибридное соединение). Интерпозер прокладывает широкую шину памяти от логического кристалла в основании стека HBM к вычислительному кристаллу, обеспечивая пропускную способность 1,6 TB/s на стек.
Стандартизированные интерфейсы UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) и BoW (Bridge of Wires) обеспечивают гетерогенную интеграцию чиплетов на кремниевых интерпозерах. Интерпозер обеспечивает физический уровень межсоединений, поддерживая стандартные и продвинутые стандартные скорости передачи данных UCIe 16–64 GT/s на линию для нескольких чиплетов ретикульного размера.
Ускорители обучения и вывода больших языковых моделей (LLM) требуют интерпозеров с ретикульной сшивкой (reticle-stitching) для размещения кристаллов размером более 2,5× ретикульного предела. Интерпозер соединяет несколько вычислительных тайлов, стеки HBM и высокоскоростные чиплеты SerDes с пропускной способностью более 10 TB/s по интерпозеру.
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.
Многокристальные FPGA и платформы аппаратной эмуляции используют кремниевые интерпозеры для соединения нескольких кристаллов FPGA-фабрики на одном интерпозере. Интерпозер обеспечивает высокоскоростную структуру межсоединений кристалл-кристалл с низкой задержкой, позволяющую многокристальному FPGA выступать как единое логическое устройство.
Качество и метрология
Сопротивление и выход TSV
4-точечное кельвиновское измерение на тестовых структурах. Сопротивление TSV < 50 mΩ (типично, 10×100μm отверстие). Выход по непрерывности daisy-chain > 99,9% на цепочках из 1 000 отверстий.
Изоляция и утечка TSV
Измерение I-V между TSV и кремниевой подложкой. Ток утечки < 1 nA при смещении 5V. Пробивное напряжение > 50V для слоя термического SiO₂ толщиной 200nm.
Электрические испытания RDL
Испытания непрерывности и изоляции на тестовых структурах RDL. Сопротивление линии соответствует целевому поверхностному сопротивлению (Cu: 1,7 μΩ·cm массив). Пробой межслойного диэлектрика > 5 MV/cm.
Рентгеновская / акустическая микроскопия
Обнаружение пустот в Cu-заполнении TSV и бамповых межсоединениях. Отсутствие пустот > 1μm в заполнении TSV. C-SAM для проверки расслоения на границах после оплавления.
Интерферометрия TTV / Bow / Warp
Топография всей пластины после TSV и после RDL. TTV ≤ 2μm, Bow ≤ 30μm, Warp ≤ 40μm для пластин 300mm. Критично для последующих этапов соединения и сборки.
Шероховатость поверхности AFM
Измерение шероховатости поверхности после CMP. Дишинг Cu < 50nm, эрозия диэлектрика < 30nm. Ra после CMP < 1nm для совместимости с гибридным соединением.
Поперечное сечение FIB-SEM
Фокусированная ионно-лучевая фрезеровка и SEM-визуализация поперечных срезов TSV и RDL. Проверка непрерывности барьера/зародыша, качества заполнения Cu и целостности границ раздела.
Испытания бумпов на сдвиг / отрыв
Испытания механической целостности μ-бампов и C4-бампов по JEDEC JESD22-B117. Прочность на сдвиг > 50 MPa для медных столбиковых бумпов. Прочность на отрыв > 5g для C4-бампов.
Запросить КП на кремниевый интерпозер
Укажите ваши требования к TSV и RDL для индивидуального решения интерпозера.