Skleněný interposer PCB vs Silicon Interposer

Skleněný interpozer je pasivní redistribuční substrát umístěný mezi polovodičovými čipy a substrátem pouzdra pod nimi. Jeho hlavním úkolem je redistribuovat jemné rozteče spojů čipů do formátu směrování, který zvládne další úroveň pouzdra, a zároveň přenášet signály mezi čipy, napájení a zem přes kompaktní plochu. V praxi skleněné interpozery přitahují pozornost, protože nabízejí střední pozici mezi křemíkovými interpozery a organickými interpozery: jemnější směrování a lepší rozměrovou stabilitu než organické materiály, ale nižší cenový potenciál a výrobu větších panelových formátů než křemík s omezeným počtem destiček. Širší kontext materiálů a platformy naleznete v přehledu skleněných desek plošných spojů.

Žádost o cenovou nabídku na skleněný mezikus

---

Co je skleněný mezikus a k čemu slouží?

V pokročilém polovodičovém pouzdře je mezivrstva (interposer) redistribuční vrstva umístěná mezi čipy nahoře a substrátem pouzdra dole. Skleněná mezivrstva používá sklo jako základní substrát a kombinuje tři základní funkce: horizontální redistribuci signálu prostřednictvím jemného zapojení na povrchu, vertikální přenos skrz tloušťku substrátu a převod výšky tónu mezi velmi jemnými hrbolky čipu a hrubší propojovací strukturou pod ní.

To znamená, že skleněný mezikus není totéž co kompletní substrát pouzdra. Nenahrazuje celé spodní pouzdro. Místo toho se nachází mezi čipy a substrátem pouzdra, což pomáhá směrovat husté signály v prostoru, kde je běžné zapojení pouzdra příliš hrubé. Substrát pouzdra pod ním stále zvládá širší rozvody a propojení na úrovni desky, zatímco mezikus řeší problém hustého lokálního propojení přímo pod a mezi čipy.

Typická struktura skleněného mezilehlého prvku zahrnuje tenké skleněné jádro, průchodky skrz sklo pro vertikální propojení a redistribuční vrstvy na jedné nebo obou stranách. Protože samotné sklo je elektricky izolační a rozměrově stabilní, poskytuje dobrou platformu pro jemné zapojení, posun rozteče a struktury společného balení, které by bylo obtížné realizovat na standardních organických materiálech.

---

Skleněný prokládač vs silikonový vkladač vs organický vkladač

Důvod, proč je technologie skleněných interpozérů důležitá, je ten, že se nachází ve velmi užitečné střední cestě. Křemíkové interpozéry nabízejí nejlepší hustotu směrování, ale jsou drahé a omezené výrobou v měřítku destiček. Organické interpozéry jsou levnější a snáze škálovatelné, ale jejich hustota směrování a rozměrová stabilita jsou omezenější. Skleněné interpozéry zaplňují mezeru v pouzdrech, která vyžadují větší hustotu, než dokáže organický materiál pohodlně poskytnout, ale nepotřebují plnou cenu a složitost křemíku.

Z hlediska rozhodování o pouzdře se křemíkový interpozer obvykle volí tehdy, když návrh absolutně vyžaduje co nejmenší dostupnou hustotu redistribuce. Organický interpozer se upřednostňuje, když dominují náklady a požadavek na hustotu směrování zůstává mírný. Skleněný interpozer se stává atraktivním, když pouzdro vyžaduje lepší rozměrovou stabilitu, jemnější směrování nebo optickou funkčnost, aniž by se plně přesunulo do cenové oblasti křemíkových interpozerů.

---

Návrh skleněných mezilehlých prvků: TGV, RDL, stack-up a kontrola deformace

Návrh skleněného mezikusu je nejdůležitější částí tématu, protože hodnota mezikusu není určena ani tak názvem materiálu, jako spíše způsobem konstrukce. V reálných projektech se skleněný mezikus neposuzuje pouze podle toho, zda používá sklo. Posuzuje se podle toho, zda jeho propojení skrz substrát, redistribuční vrstvy, symetrie vrstvy a interakce pouzdra dokáží podporovat cílovou velikost čipu, rozteč výstupků, počet signálů a proces montáže.

1. Tloušťka a role skleněného jádra

Skleněné jádro se obvykle udržuje tenké, protože mezilehlá vrstva je redistribuční struktura, nikoli velká mechanická deska. Sklo musí být dostatečně silné, aby si zachovalo rozměrovou stabilitu během zpracování a montáže, ale zároveň dostatečně tenké, aby podpíralo zamýšlenou geometrii průchodu a profil pouzdra. V této roli se sklo chová odlišně od platformy s plným substrátem, jako je například deska plošných spojů se skleněným jádrem , kde sklo tvoří centrální strukturální páteř samotného substrátu pouzdra.

2. Průchodky skrz sklo jako vertikální páteř

Propojovací otvory skrz sklo jsou klíčové, protože spojují stranu směřující k čipu se stranou směřující k pouzdru. U skleněných mezikusů mají tyto otvory obvykle menší rozteče, menší rozměry a přísnější požadavky na výplň než u obecnějších skleněných obvodů. Plná výplň se obvykle upřednostňuje, protože mezikus musí podporovat hustou redistribuci a stabilní vertikální výkon, spíše než jen občasné přechody shora dolů. Detailní logika procesu, která stojí za tímto vertikálním propojením, úzce souvisí s výrobou propojovacích otvorů skrz sklo.

3. Návrh vrstvy redistribuce

Redistribuční vrstva, neboli RDL, je místem, kde interpozer skutečně vykonává svou funkci převodu výšky tónu. Na horní straně RDL přijímá jemné propojení čipů. Na spodní straně převádí tyto signály směrem k substrátu pouzdra. Pokud více čipů sdílí jeden interpozer, stejná síť RDL také směruje propojení čipů laterálně přes povrch. To znamená, že strategie směrování musí zohledňovat únik signálu, délku cesty, referenční strukturu, lokální hustotu a to, jak interpozer interaguje s organickým substrátem pod ním.

V praxi návrh RDL mezikusů není jen „jemnějším směrováním desek plošných spojů“. Je blíže k redistribuci pouzdra, kde lokální hustota, symetrie a interakce vrstev jsou úzce spjaty s konstrukčním uspořádáním a chováním při deformaci. Uspořádání, které vypadá elektricky efektivně, může být stále strukturálně špatné, pokud vytváří nerovnováhu mědi nebo nepodložené koncentrace napětí ve vrstvě mezikusů.

4. Symetrie stack-upu a řízení deformací

Deformace je jedním z hlavních inženýrských rizik při návrhu skleněných mezikusů, protože jemná rozteč hrbolů ponechává jen velmi malý prostor pro deformaci sestavy. Pokud není redistribuční struktura vyvážená, může ochlazování z teploty sestavy vytvořit dostatečné zakřivení, které způsobí rozevření hrbolů, nerovnoměrný kontakt nebo ztrátu výtěžnosti. Nejčastějšími přispívajícími faktory jsou nerovnováha mědi mezi oběma stranami, nerovnoměrné dielektrické nahromadění, nedostatečné vyplňování a interakce se substrátem pouzdra pod ním.

Z tohoto důvodu se vrstvy mezivrstvy obvykle navrhují s ohledem na symetrii. Horní a spodní redistribuční struktury je třeba posuzovat společně, nikoli nezávisle. Rovnováha hustoty mědi, počet vrstev a pořadí procesu ovlivňují konečnou rovinnost mezivrstvy. To je jeden z hlavních důvodů, proč je sklo atraktivní: jeho nižší součinitel tepelné roztažnosti (CTE) a dobrá rozměrová stabilita pomáhají lépe kontrolovat deformaci obalu než organické alternativy v prostředí s hustými obaly.

5. Plánování signálu, napájení a tepelných systémů

Přestože je mezičlánek pasivní, musí stále plnit tři různé systémové funkce: redistribuci signálu, distribuci energie a tepelnou interakci se zbytkem pouzdra. Tyto funkce ne vždy posouvají návrh stejným směrem. Husté boční směrování signálu může konkurovat potřebě cest pro napájení nebo kontinuity uzemnění. Podobně uspořádání hrbolů a umístění čipů může vytvářet lokální zóny tepelné koncentrace. Dobrý návrh mezičlánku proto vyžaduje koordinaci mezi elektrickými, mechanickými a pouzdrovými cíli, spíše než optimalizaci pouze jednoho z nich.

Proto by se se skleněným interpozerem mělo zacházet jako s problémem návrhu pouzdra, nikoli pouze s problémem přesného směrování. Správné rozložení propojení, RDL stack a uspořádání sestavy jsou určeny celkovou architekturou pouzdra, včetně počtu čipů, rozteče čipů, substrátu pod ním a způsobu montáže.

Kde se používají skleněné mezilehlé prvky v 2.5D, 3D a kobaltové optice

Skleněné mezivrstvy jsou nejčastěji diskutovány v kontextu pokročilého balení, ale typy aplikací nejsou všechny stejné. Mezivrstva může plnit velmi odlišné role v závislosti na tom, zda se jedná o 2.5D, 3D nebo fotonicko-elektronické balení.

Balení 2.5D čipů

V 2.5D pouzdrech je na mezičlánku umístěno více čipů vedle sebe a mezičlánek se stará o husté laterální směrování mezi nimi. Toto je jeden z nejjasnějších případů použití technologie skleněných mezičlánek, protože vyžaduje jemnou redistribuci, stabilní geometrii a škálovatelnou plochu substrátu.

3D podpůrné struktury pro obaly

V 3D konfiguracích může mezilehlá vrstva sloužit jako základní redistribuční vrstva podporující vertikálně integrovanější strukturu. Důležitá je zde nejen hustota směrování, ale také mechanická stabilita a spolehlivost vertikálního propojení v rámci těsněji propojeného pouzdra.

Společné balení fotonických a elektronických materiálů

Jednou z nejvýraznějších výhod technologie skleněných interpozic je její optická průhlednost. Tato vlastnost otevírá konstrukční prostor, který ani křemíkové interpozice, ani organické substráty nemohou podporovat stejným způsobem. Ve fotonicko-elektronických systémech s kobaltem lze optické a elektrické funkce integrovat na stejné substrátové platformě, což umožňuje kompaktnější a efektivnější architektury pro vysokorychlostní komunikaci a senzorické aplikace.

Tyto případy použití také ukazují, proč nelze skleněné mezilehlé prvky hodnotit pouze na základě jednoduchého srovnání nákladů. V některých obalových řešeních může být sklo vybráno, protože je levnější než křemík. V jiných případech je vybráno pro své jedinečné vlastnosti, jako je optický přístup, větší formáty substrátů nebo odlišné materiálové vlastnosti. V těchto situacích sklo funguje nejen jako levnější alternativa, ale také jako substrát, který umožňuje designové možnosti, které nejsou u jiných materiálů k dispozici.

---

Často kladené otázky ke skleněným mezikusům a plánování projektu

Jaký je rozdíl mezi skleněným mezilehlým prvkem a skleněným jádrovým substrátem?

Skleněný mezivrstva je pasivní redistribuční vrstva vložená mezi čipy a substrát pouzdra. Substrát se skleněným jádrem je struktura substrátu pouzdra, která se nachází pod čipem nebo mezivrstvou a nakonec se připojuje k rozhraní pouzdra na úrovni desky.

Kdy je skleněný interpozer lepší než křemíkový interpozer?

Skleněný interpozer je obvykle atraktivnější, když pouzdro vyžaduje jemnější redistribuci, než jakou mohou poskytnout organické materiály, ale nepotřebuje nejvyšší možnou hustotu křemíkového interpozeru. Stává se také zajímavějším tam, kde záleží na ekonomice nebo optické funkčnosti panelu.

Jaké informace jsou potřeba k zahájení projektu skleněných vložek?

Projekt obvykle začíná velikostí čipu, počtem čipů, mapou bump, cílovou stopou, počtem signálů, přenosovou rychlostí, požadavky na napájení a strukturou pouzdra pod interpozerem. Tyto vstupy určují hustotu směrování interpozeru, strategii převodů a směr vrstvení.

Lze skleněné mezikusy sestavit standardními metodami flip-chip?

Mohou být integrovány do standardních pokročilých montážních postupů, ale přístup k nástrojům a podpůrným prvkům musí odrážet chování skla jako křehkého substrátu. Plánování montáže se obvykle posuzuje spolu s širším procesem výroby pouzdra popsaným ve výrobě skleněných desek plošných spojů.

Jak by měl být projekt naceněn?

Užitečná cenová nabídka obvykle začíná architekturou pouzdra, spíše než pouhým požadavkem na rozměry. Pokud již máte informace o čipu, mapu bump, cílovou plochu nebo omezení propojení, odešlete je prostřednictvím stránky s cenovou nabídkou , aby bylo možné skleněný mezikus porovnat s skutečnými požadavky na pouzdro.