PCB interpositore in vetro vs interpositore in silicio

Un interposer in vetro è un substrato di ridistribuzione passiva posizionato tra i chip semiconduttori e il substrato di incapsulamento sottostante. Il suo compito principale è quello di ridistribuire le connessioni dei chip a passo fine in un formato di instradamento che il livello successivo di incapsulamento può gestire, trasportando al contempo segnali, alimentazione e massa tra i chip in un'area compatta. In pratica, gli interposer in vetro stanno attirando l'attenzione perché offrono una posizione intermedia tra gli interposer in silicio e gli interposer organici: instradamento più fine e migliore stabilità dimensionale rispetto ai materiali organici, ma potenziale di costo inferiore e produzione in formato pannello più grande rispetto al silicio limitato dai wafer. Per il contesto più ampio dei materiali e delle piattaforme, vedere il panoramica del PCB in vetro.

Richiedi un preventivo per un interposer in vetro

---

Cos'è un interposer in vetro e a cosa serve?

Nel packaging avanzato dei semiconduttori, un interposer è uno strato di ridistribuzione posizionato tra i chip sovrastanti e il substrato del package sottostante. Un interposer in vetro utilizza il vetro come substrato di base e combina tre funzioni essenziali: ridistribuzione orizzontale del segnale tramite un sottile cablaggio sulla superficie, trasferimento verticale attraverso lo spessore del substrato e traslazione del passo tra i piccoli bump dei chip e la struttura di interconnessione più grossolana sottostante.

Ciò significa che un interposer in vetro non è la stessa cosa di un substrato di package completo. Non sostituisce l'intero package inferiore. Si posiziona invece tra i chip e il substrato del package, contribuendo a instradare segnali densi in uno spazio in cui il cablaggio del package tradizionale risulterebbe troppo disordinato. Il substrato del package sottostante continua a gestire il fan-out più ampio e la connessione a livello di scheda, mentre l'interposer gestisce il problema dell'interconnessione locale ad alta densità direttamente sotto e tra i chip.

Una tipica struttura di interposer in vetro comprende un sottile nucleo di vetro, fori passanti nel vetro per la connessione verticale e strati di ridistribuzione su uno o entrambi i lati. Poiché il vetro stesso è elettricamente isolante e dimensionalmente stabile, fornisce un'ottima piattaforma per cablaggi di precisione, traslazione del passo e strutture di co-confezionamento che sarebbero difficili da realizzare con materiali organici standard.

---

Interpositore di vetro vs Interpositore di silicio vs Interpositore organico

La tecnologia degli interposer in vetro è importante perché si colloca in una posizione intermedia molto vantaggiosa. Gli interposer in silicio offrono la densità di routing più elevata, ma sono costosi e limitati dalla produzione su scala wafer. Gli interposer organici hanno un costo inferiore e sono più facili da scalare, ma la loro densità di routing e la stabilità dimensionale sono più limitate. Gli interposer in vetro colmano il divario per i package che necessitano di una densità maggiore di quella che gli interposer organici possono offrire agevolmente, ma non richiedono i costi e la complessità del silicio.

Dal punto di vista della scelta del packaging, l'interposer in silicio viene solitamente selezionato quando il progetto richiede assolutamente la densità di ridistribuzione più fine disponibile. L'interposer organico è preferibile quando il costo è il fattore determinante e il requisito di densità di routing rimane moderato. L'interposer in vetro diventa interessante quando il package necessita di una migliore stabilità dimensionale, di un routing più fine o di funzionalità ottiche senza dover necessariamente raggiungere i costi di un interposer in silicio.

---

Progettazione dell'interposer in vetro: controllo di TGV, RDL, impilamento e deformazione.

La progettazione degli interposer in vetro è la parte più importante dell'argomento, perché il valore di un interposer è determinato meno dal nome del materiale e più da come viene progettata la struttura. Nei progetti reali, un interposer in vetro non viene valutato solo in base al fatto che utilizzi il vetro, ma anche in base alla capacità delle sue interconnessioni attraverso il substrato, degli strati di ridistribuzione, della simmetria dello stack e dell'interazione con il package di supportare le dimensioni del die, il passo dei bump, il numero di segnali e il processo di assemblaggio desiderati.

1. Spessore e ruolo del nucleo in vetro

Il nucleo di vetro viene solitamente mantenuto sottile perché l'interposer è una struttura di ridistribuzione, non una grande scheda meccanica. Il vetro deve essere sufficientemente spesso da mantenere la stabilità dimensionale durante la lavorazione e l'assemblaggio, ma sufficientemente sottile da supportare la geometria dei via e il profilo del package previsti. In questo ruolo, il vetro si comporta in modo diverso da una piattaforma di substrato completa come PCB con nucleo in vetro, dove il vetro costituisce l'ossatura strutturale centrale del substrato stesso dell'imballaggio.

2. Vias passanti attraverso il vetro come struttura verticale portante

I fori passanti nel vetro sono fondamentali perché collegano il lato di routing rivolto verso il die al lato rivolto verso il package. Negli interposer in vetro, questi fori presentano solitamente spaziatura più stretta, dimensioni più piccole e requisiti di riempimento più rigorosi rispetto ai circuiti in vetro più comuni. Il riempimento solido è generalmente preferito perché l'interposer deve supportare una ridistribuzione densa e prestazioni verticali stabili, piuttosto che semplici transizioni occasionali dall'alto verso il basso. La logica di processo dettagliata alla base di questa interconnessione verticale è strettamente correlata a fabbricazione tramite vetro.

3. Progettazione del livello di ridistribuzione

Lo strato di ridistribuzione, o RDL, è la parte dell'interposer che svolge effettivamente la sua funzione di traslazione del passo. Sul lato superiore, l'RDL riceve le connessioni dei chip a passo fine. Sul lato inferiore, trasferisce questi segnali verso il substrato del package. Quando più chip condividono un singolo interposer, la stessa rete RDL instrada anche le connessioni tra i chip lateralmente sulla superficie. Ciò significa che la strategia di instradamento deve tenere conto della dispersione del segnale, della lunghezza del percorso, della struttura di riferimento, della densità locale e di come l'interposer interagisce con il substrato organico sottostante.

In pratica, la progettazione RDL dell'interposer non si limita a un "instradamento più preciso del PCB". È più simile a una ridistribuzione del packaging, dove la densità locale, la simmetria e l'interazione tra gli strati sono strettamente legate al comportamento di assemblaggio e alla deformazione. Un layout che appare elettricamente efficiente potrebbe comunque risultare strutturalmente scadente se crea uno squilibrio del rame o concentrazioni di stress non supportate nello stack dell'interposer.

4. Gestione della simmetria e della deformazione dello stack-up

La deformazione è uno dei principali rischi ingegneristici nella progettazione di interposer in vetro, poiché il passo fine dei bump lascia pochissimo margine per la distorsione dell'assemblaggio. Se la struttura di ridistribuzione non è bilanciata, il raffreddamento dalla temperatura di assemblaggio può creare una curvatura sufficiente a causare aperture dei bump, contatti irregolari o perdite di resa. I fattori che contribuiscono più comunemente sono lo squilibrio del rame tra i due lati, la non corrispondenza dello spessore del dielettrico, il comportamento dell'underfill e l'interazione con il substrato del package sottostante.

Per questo motivo, gli stack di interposer vengono solitamente progettati tenendo conto della simmetria. Le strutture di ridistribuzione superiore e inferiore devono essere considerate congiuntamente, non indipendentemente. L'equilibrio della densità del rame, il numero di strati e l'ordine di processo influenzano tutti la planarità finale dell'interposer. Questo è uno dei motivi principali per cui il vetro è interessante: il suo coefficiente di dilatazione termica (CTE) inferiore e la buona stabilità dimensionale contribuiscono a controllare la deformazione del package meglio delle alternative organiche in ambienti con package densi.

5. Pianificazione del segnale, dell'alimentazione e della dissipazione termica

Sebbene l'interposer sia passivo, deve comunque svolgere tre diverse funzioni di sistema: ridistribuzione del segnale, distribuzione dell'alimentazione e interazione termica con il resto del package. Queste funzioni non sempre spingono il progetto nella stessa direzione. Un instradamento laterale denso del segnale può entrare in conflitto con la necessità di percorsi di alimentazione o di continuità di massa. Allo stesso modo, la disposizione dei bump e il posizionamento del die possono creare zone di concentrazione termica locali. Una buona progettazione dell'interposer richiede quindi il coordinamento tra gli obiettivi elettrici, meccanici e di packaging, piuttosto che l'ottimizzazione di uno solo di essi.

Ecco perché un interposer in vetro dovrebbe essere trattato come un problema di progettazione del package, non solo come un problema di instradamento di precisione. Il corretto schema dei via, lo stack RDL e la disposizione di assemblaggio sono determinati dall'intera architettura del package, inclusi il numero di chip, la spaziatura tra i chip, il substrato sottostante e il metodo di assemblaggio.

Dove vengono utilizzati gli interposer in vetro nelle ottiche 2.5D, 3D e co-confezionate.

Gli interposer in vetro vengono spesso discussi nel contesto del packaging avanzato, ma le tipologie di applicazione non sono tutte uguali. L'interposer può svolgere ruoli molto diversi a seconda che il packaging sia 2.5D, 3D o fotonico-elettronico.

Confezionamento di chiplet 2.5D

Nei package 2.5D, più chip sono posizionati uno accanto all'altro sull'interposer, che gestisce il fitto routing laterale tra di essi. Questo è uno dei casi d'uso più evidenti per la tecnologia degli interposer in vetro, poiché richiede una ridistribuzione precisa, una geometria stabile e un'area del substrato scalabile.

Strutture di supporto per imballaggi 3D

Nelle configurazioni 3D, l'interposer può fungere da strato di ridistribuzione di base a supporto di uno stack più integrato verticalmente. L'importanza in questo caso non risiede solo nella densità di instradamento, ma anche nella stabilità meccanica e nell'affidabilità delle interconnessioni verticali all'interno di un package più compatto.

Co-confezionamento fotonico-elettronico

Uno dei vantaggi più distintivi della tecnologia degli interposer in vetro è la sua trasparenza ottica. Questa proprietà apre uno spazio di progettazione che né gli interposer in silicio né i substrati organici possono supportare allo stesso modo. Nei sistemi fotonici-elettronici co-confezionati, le funzioni ottiche ed elettriche possono essere integrate sulla stessa piattaforma di substrato, consentendo architetture più compatte ed efficienti per applicazioni di comunicazione e rilevamento ad alta larghezza di banda.

Questi casi d'uso dimostrano anche perché gli interposer in vetro non possono essere valutati esclusivamente attraverso semplici confronti di costo. In alcune soluzioni di packaging, il vetro può essere scelto perché meno costoso del silicio. In altri casi, viene selezionato per le sue caratteristiche uniche, come l'accesso ottico, la possibilità di realizzare substrati di dimensioni maggiori o per le diverse proprietà del materiale. In queste situazioni, il vetro non funge solo da alternativa più economica, ma anche da substrato che consente opzioni di progettazione non disponibili con altri materiali.

---

Domande frequenti e pianificazione del progetto per l'interposer in vetro.

Qual è la differenza tra un interposer in vetro e un substrato con nucleo in vetro?

Un interposer in vetro è uno strato di ridistribuzione passiva inserito tra i chip e il substrato del package. Un substrato con nucleo in vetro è la struttura completa del substrato del package che si trova al di sotto del chip o dell'interposer e si collega infine all'interfaccia del package a livello di scheda.

Quando è preferibile un interposer in vetro rispetto a un interposer in silicio?

L'interposer in vetro è in genere più interessante quando il package richiede una ridistribuzione più fine di quella che i materiali organici possono fornire, ma non necessita della densità estrema offerta dall'interposer in silicio. Diventa inoltre più interessante quando i fattori economici o la funzionalità ottica su scala di pannello sono rilevanti.

Quali informazioni sono necessarie per avviare un progetto di interposer in vetro?

Il progetto inizia in genere con la definizione delle dimensioni del die, del numero di die, della mappa dei bump, dell'ingombro target, del numero di segnali, della velocità di trasmissione dati, dei requisiti di alimentazione e della struttura del package al di sotto dell'interposer. Questi input determinano la densità di routing dell'interposer, la strategia dei via e la direzione di impilamento.

È possibile assemblare gli interposer in vetro con i metodi flip-chip standard?

Possono essere integrati nei flussi di assemblaggio avanzati standard, ma l'approccio di attrezzaggio e supporto deve riflettere il comportamento fragile del substrato di vetro. La pianificazione dell'assemblaggio viene solitamente rivista insieme al percorso di processo di confezionamento più ampio descritto in produzione di PCB in vetro.

Come si dovrebbe formulare un preventivo per un progetto?

Un preventivo utile di solito inizia con l'architettura del package piuttosto che con una semplice richiesta di dimensioni. Se hai già informazioni sul die, mappa dei bump, target di footprint o vincoli di interconnessione, inviali tramite il pagina delle citazioni in modo che l'interposer in vetro possa essere esaminato rispetto ai requisiti effettivi del package.