先进封装中的Interposer：详细介绍与种类

什么是Interposer？

Interposer（中介层）是先进封装技术中的关键结构，它在芯片与封装基板之间起到"桥梁"作用。在3D或2.5D封装中，Interposer将多个芯片（如CPU、GPU、HBM存储等）连接在一起，实现高速、密集的互连。

Interposer本身不是最终的功能芯片，而是放置在芯片与基板之间的一层"转接层"。在工艺上，Interposer通常以硅片、玻璃或陶瓷等材料作为载体，在其上加工精细的布线和通孔（TSV，硅通孔），从而实现不同芯片之间的高带宽、低延迟连接。

Interposer，中文常译为 “中介层” 或 “转接板”，是先进封装技术中的核心部件。它本身是一个 “中间衬底” ，位于芯片（或多个芯片）与封装基板之间，起到电气连接、信号中转和机械支撑的作用。

1. 核心作用与解决的问题

在摩尔定律逐渐放缓的背景下，单纯依靠晶体管微缩来提升系统性能的难度和成本激增。先进封装，特别是 2.5D/3D封装，成为延续“超越摩尔定律”的重要途径。Interposer在其中扮演了关键角色，主要解决以下问题：

• 高密度互连：允许在其表面上集成多个芯片（如CPU、GPU、HBM内存），并通过其内部的微细布线实现芯片间超短距离、超高带宽的互连，远超传统PCB的能力。

• 异构集成：使不同工艺节点、不同功能、不同材质的芯片（如逻辑芯片、存储芯片、射频芯片）能够集成在同一封装内，实现系统级性能优化。

• 缓解“I/O瓶颈”：为高性能计算芯片（如GPU、AI加速器）与高带宽内存（HBM）提供了一条远超传统封装的宽、快“数据高速公路”，极大地提升了内存带宽并降低了功耗。

• 热管理与应力缓冲：部分Interposer材料（如硅）具有良好的导热性，有助于散热。同时，它也能在一定程度上缓冲芯片与基板之间因热膨胀系数不匹配产生的机械应力。

2. 关键特性与技术

• 超高密度布线：Interposer上的布线线宽/线距可达微米甚至亚微米级（例如1µm或更小），远优于传统封装基板（通常>10µm）。

• 硅通孔：对于硅基Interposer，TSV 是其标志性技术。TSV是垂直贯穿硅衬底的微孔，内部填充铜等导电材料，实现了Interposer上下表面的垂直电性连接，是3D堆叠的关键。

• 微凸块：芯片通过微米级的焊料凸块或铜凸块，以倒装焊的形式连接到Interposer表面，实现高密度I/O连接。

3. 与传统基板的区别

• 封装基板：通常是有机材料（如ABF），线宽较宽（十几到几十微米），用于芯片与主板之间的常规连接和电源输送。

• Interposer：材料多样（硅、有机、玻璃等），布线密度极高，专门用于芯片之间的超高带宽互连。它通常还需要再被安装到一块更大的传统封装基板上，以引出到外部引脚。

Interposer的核心作用

1. 缩短信号走线：大幅降低功耗与延迟，同时提升带宽

2. 实现异构集成：灵活组合不同工艺和功能的芯片，无需在同一工艺厂制造

3. 提高集成度：让多个芯片像拼积木一样被高效集成在一起

4. 优化散热：为高功耗芯片提供更有效的散热路径

Interposer的主要种类

1. 硅中介层（Silicon Interposer）

• 发展历史：由台积电率先提出并量产CoWoS工艺，2012年为赛灵思生产的Virtex-7 FPGA成为首个大规模应用案例

• 优势：工艺成熟，可实现亚10μm的超细布线与多层TSV结构，完美适配高性能计算需求

• 劣势：成本高昂（"圆切方"几何损耗随面积增大而急剧上升）；散热瓶颈（热导率约150-160 W/m·k）；高频条件下信号串扰和插损问题

• 应用：台积电的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）技术是典型代表

2. 有机中介层（Organic Interposer/RDL再布线层）

• 发展背景：2010年代中期随Fan-Out封装兴起，为解决硅中介层成本问题

• 优势：面板级生产（PLP）模式，大幅提高产能利用率；材料与设备成本显著低于硅中介层；布线层数可灵活定制

• 劣势：布线精细度不足（线宽/线距较大），难以支撑对性能有极致要求的场景

• 应用：大规模AI训练芯片的经济之选

• 行业动态：JOINT3联盟（由瑞萨牵头，27家全球材料、设备、EDA巨头组成）正在开发面板级有机中介层

3. 玻璃中介层

• 独特优势：能支持嵌入基板的芯粒与直接堆叠于顶部的芯粒之间的3D堆叠（硅中介层无法实现）

• 性能对比：与硅中介层相比，可实现2.6倍的面积优化、21倍的线长缩短，全芯片功耗降低17.72%，信号完整性提升64.7%，电源完整性改善10倍

• 行业动态：三星电子计划在2028年将玻璃基板引入先进半导体封装领域

4. SiC（碳化硅）中介层

• 热性能优势：热导率高达490W/m·k，是硅的2-3倍以上，能更有效地导出AI芯片产生的热量

• 其他优势：热膨胀系数与芯片材料高度契合，保证封装稳定性；支持高深宽比通孔设计，缩短互连距离，提升数据传输速度

• 应用案例：采用SiC中介层后，英伟达H100芯片的工作温度可从95℃降至75℃

• 行业动态：台积电积极推动SiC中介层研发，联合多家厂商组建技术联盟

5. 陶瓷中介层

• 优势：拥有优良的绝缘性和机械性能

• 挑战：受限于加工工艺，量产难度较大

6. 其他技术方案

• EMIB（嵌入式多芯片互连桥）：英特尔提出的2.5D封装技术，不采用大型硅中介层，而是运用具有多个布线层的小型桥接芯片

• I-Cube技术：三星半导体推出的2.5D封装技术，通过在中介层上水平放置多个逻辑裸片和HBM裸片，实现异构集成

行业发展趋势

随着AI和高性能计算需求爆发，传统硅中介层的散热和成本问题日益凸显。行业正朝着新材料、新工艺方向发展：

1. SiC和玻璃中介层：成为解决散热和成本问题的新选择

2. 双轨并行策略：台积电等巨头同时推进硅中介层升级和SiC中介层研发

3. 3D堆叠技术：玻璃中介层支持的3D堆叠将成为未来主流

随着AI芯片功耗持续提升，对先进封装技术的需求将更加迫切。SiC、玻璃等新材料的出现，为解决散热、成本等问题提供了新的思路，未来中介层技术将朝着更高效、更低成本、更可靠的方向发展。

目前，硅中介层仍是主流，但随着SiC和玻璃等新材料技术的成熟，它们将在AI芯片封装中扮演越来越重要的角色。

先进封装清洗- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

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这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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