PCB van glazen tussenlaag versus siliciumtussenlaag

Een glazen interposer is een passief herverdelingssubstraat dat tussen halfgeleiderchips en het onderliggende verpakkingssubstraat wordt geplaatst. De belangrijkste functie ervan is het herverdelen van fijnmazige chipverbindingen naar een routingformaat dat de volgende verpakkingslaag aankan, terwijl het tegelijkertijd chip-naar-chip-signalen, voeding en aarding over een compact oppervlak transporteert. In de praktijk trekken glazen interposers de aandacht omdat ze een tussenpositie innemen tussen silicium- en organische interposers: fijnere routing en betere dimensionale stabiliteit dan organische materialen, maar een lager kostenpotentieel en de mogelijkheid tot productie op grotere paneelformaten dan het door wafers beperkte silicium. Voor een bredere context over materialen en platforms, zie het overzicht van glazen printplaten.

Vraag een offerte aan voor een glazen tussenstuk.

---

Wat is een glazen tussenstuk en wat doet het?

Bij geavanceerde halfgeleiderverpakkingen is een interposer een herverdelingslaag die zich bevindt tussen de chips erboven en het substraat van de verpakking eronder. Een glazen interposer gebruikt glas als basissubstraat en combineert drie essentiële functies: horizontale signaalherverdeling door middel van fijne bedrading op het oppervlak, verticale overdracht door de dikte van het substraat en pitchtranslatie tussen zeer fijne chipbumps en de grovere interconnectiestructuur eronder.

Dit betekent dat een glazen interposer niet hetzelfde is als een compleet pakketsubstraat. Het vervangt niet de hele onderste behuizing. In plaats daarvan bevindt het zich tussen de chips en het pakketsubstraat, waardoor het helpt bij het geleiden van signalen met een hoge dichtheid in een ruimte waar de gewone bedrading van de behuizing te grof wordt. Het onderliggende pakketsubstraat verzorgt nog steeds de bredere fan-out en de verbindingen op printplaatniveau, terwijl de interposer het probleem van de dichte lokale interconnecties direct onder en tussen de chips oplost.

Een typische glazen interposerstructuur bestaat uit een dunne glazen kern, doorvoeropeningen in het glas voor verticale verbinding en herverdelingslagen aan één of beide zijden. Omdat het glas zelf elektrisch isolerend en vormvast is, biedt het een goede basis voor fijne bedrading, pitchtranslatie en co-packagingstructuren die moeilijk te realiseren zouden zijn met standaard organische materialen.

---

Glazen tussenlaag versus siliciumtussenlaag versus organische tussenlaag

De reden waarom glas-interposertechnologie belangrijk is, is dat deze een zeer nuttige middenweg bewandelt. Silicium-interposers bieden de hoogste routingdichtheid, maar ze zijn duur en beperkt door de productie op waferschaal. Organische interposers zijn goedkoper en gemakkelijker op te schalen, maar hun routingdichtheid en dimensionale stabiliteit zijn beperkter. Glas-interposers vullen de leemte op voor componenten die een hogere dichtheid nodig hebben dan organische interposers comfortabel kunnen bieden, maar niet de volledige kosten en complexiteit van silicium vereisen.

Vanuit het oogpunt van verpakkingsbeslissingen wordt er doorgaans gekozen voor een silicium-interposer wanneer het ontwerp absoluut de hoogst mogelijke herverdelingsdichtheid vereist. Een organische interposer heeft de voorkeur wanneer de kosten doorslaggevend zijn en de vereiste routingdichtheid beperkt blijft. Een glazen interposer wordt aantrekkelijk wanneer de behuizing een betere dimensionale stabiliteit, fijnere routing of optische functionaliteit nodig heeft, zonder dat de kosten volledig in de richting van een silicium-interposer gaan.

---

Ontwerp van glazen tussenlagen: TGV, RDL, stapeling en kromtrekkingscontrole

Het ontwerp van de glazen interposer is het belangrijkste onderdeel van dit onderwerp, omdat de waarde ervan minder wordt bepaald door de materiaalnaam en meer door de manier waarop de structuur is ontworpen. In de praktijk wordt een glazen interposer niet alleen beoordeeld op het feit of er glas in zit. Er wordt ook gekeken of de interconnectie door het substraat, de herverdelingslagen, de stapelsymmetrie en de interactie met de behuizing de beoogde chipgrootte, bump-afstand, signaalsterkte en het assemblageproces kunnen ondersteunen.

1. Dikte en rol van de glaskern

De glaskern wordt doorgaans dun gehouden omdat de interposer een herverdelingsstructuur is en geen grote mechanische printplaat. Het glas moet dik genoeg zijn om de dimensionale stabiliteit tijdens de verwerking en assemblage te behouden, maar dun genoeg om de beoogde via-geometrie en het pakketprofiel te ondersteunen. In deze rol gedraagt ​​het glas zich anders dan bij een volledig substraatplatform zoals een printplaat met glaskern , waar het glas de centrale structurele ruggengraat van het pakketsubstraat zelf vormt.

2. Doorvoeropeningen in het glas als verticale ruggengraat

Doorvoeropeningen in het glas zijn cruciaal omdat ze de aan de chip gerichte routingzijde verbinden met de aan de behuizing gerichte zijde. In glazen interposers hebben deze openingen doorgaans een kleinere onderlinge afstand, kleinere afmetingen en strengere vulvereisten dan bij meer algemene glascircuits. Een massieve vulling heeft vaak de voorkeur omdat de interposer een dichte herverdeling en stabiele verticale prestaties moet ondersteunen, in plaats van slechts incidentele overgangen van boven naar beneden. De gedetailleerde proceslogica achter deze verticale interconnectie is nauw verwant aan de fabricage van doorvoeropeningen in het glas.

3. Ontwerp van de herverdelingslaag

De herverdelingslaag, of RDL, is de plek waar de interposer daadwerkelijk zijn pitch-translatiefunctie uitvoert. Aan de bovenzijde ontvangt de RDL de fijnmazige chipverbindingen. Aan de onderzijde geleidt hij deze signalen naar het substraat van de behuizing. Wanneer meerdere chips één interposer delen, routeert hetzelfde RDL-netwerk ook de chip-naar-chipverbindingen lateraal over het oppervlak. Dit betekent dat de routeringsstrategie rekening moet houden met signaalverlies, padlengte, referentiestructuur, lokale dichtheid en de interactie van de interposer met het organische substraat eronder.

In de praktijk is het ontwerpen van RDL voor interposers niet zomaar "fijnere routing op de printplaat". Het ligt dichter bij de herverdeling van de behuizing, waarbij lokale dichtheid, symmetrie en interactie tussen de lagen nauw verbonden zijn met het assemblage- en kromtrekkingsgedrag. Een lay-out die er elektrisch efficiënt uitziet, kan structureel nog steeds slecht zijn als deze koperonbalans of onondersteunde spanningsconcentraties in de interposer-stapel veroorzaakt.

4. Stapelsymmetrie en kromtrekkingsbeheer

Kromming is een van de grootste technische risico's bij het ontwerpen van glazen interposers, omdat een kleine bump-pitch weinig ruimte laat voor vervorming tijdens de assemblage. Als de herverdelingsstructuur niet in balans is, kan afkoeling vanaf de assemblagetemperatuur voldoende kromming veroorzaken om bump-openingen, ongelijkmatig contact of opbrengstverlies te veroorzaken. De meest voorkomende oorzaken zijn een onevenwicht in koper tussen de twee zijden, een ongelijke opbouw van het diëlektricum, onderfill-gedrag en interactie met het onderliggende substraat van de behuizing.

Daarom worden interposer-stapels meestal ontworpen met symmetrie in gedachten. De boven- en onderliggende herverdelingsstructuren moeten samen worden beschouwd, niet afzonderlijk. De balans in koperdichtheid, het aantal lagen en de procesvolgorde beïnvloeden allemaal de uiteindelijke vlakheid van de interposer. Dit is een van de belangrijkste redenen waarom glas aantrekkelijk is: de lagere thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) en goede dimensionale stabiliteit helpen de vervorming van de behuizing beter te beheersen dan organische alternatieven in compacte behuizingen.

5. Planning van signaal, stroomvoorziening en warmteafvoer

Hoewel de interposer passief is, moet deze toch drie verschillende systeemfuncties vervullen: signaalherverdeling, stroomdistributie en thermische interactie met de rest van de behuizing. Deze functies sturen het ontwerp niet altijd in dezelfde richting. Dichte laterale signaalgeleiding kan concurreren met de behoefte aan stroomvoorzieningspaden of aardingscontinuïteit. Ook de lay-out van de bumps en de plaatsing van de chips kunnen lokale thermische concentratiezones creëren. Een goed ontwerp van de interposer vereist daarom coördinatie tussen elektrische, mechanische en behuizingsdoelstellingen, in plaats van slechts één ervan te optimaliseren.

Daarom moet een glazen interposer worden beschouwd als een probleem in het ontwerp van de behuizing, en niet alleen als een probleem met de routing van fijne lijnen. Het juiste via-patroon, de RDL-stapel en de opbouw worden bepaald door de gehele behuizingsarchitectuur, inclusief het aantal chips, de chipafstand, het onderliggende substraat en de assemblagemethode.

Waar glazen tussenlagen worden gebruikt in 2.5D-, 3D- en co-packaged optica

Glazen tussenlagen worden meestal besproken in de context van geavanceerde verpakkingstechnologieën, maar de toepassingsmogelijkheden zijn niet altijd hetzelfde. De tussenlaag kan een heel andere rol vervullen, afhankelijk van of de verpakking 2.5D, 3D of fotonisch-elektronisch is.

2.5D chiplet-verpakking

Bij 2.5D-verpakkingen liggen meerdere chips naast elkaar op de interposer, die de dichte laterale routing ertussen verzorgt. Dit is een van de duidelijkste toepassingsvoorbeelden voor glazen interposertechnologie, omdat het nauwkeurige herverdeling, een stabiele geometrie en een schaalbaar substraatoppervlak vereist.

3D-verpakkingsondersteuningsstructuren

In 3D-configuraties kan de interposer dienen als de basislaag voor herverdeling ter ondersteuning van een meer verticaal geïntegreerde stack. Het belang hiervan ligt niet alleen in de routingdichtheid, maar ook in de mechanische stabiliteit en de betrouwbaarheid van de verticale interconnecties binnen een compactere behuizing.

Fotonisch-elektronische co-verpakking

Een van de meest onderscheidende voordelen van glas-interposertechnologie is de optische transparantie. Deze eigenschap opent een ontwerpmogelijkheid die noch silicium-interposers, noch organische substraten op dezelfde manier kunnen bieden. In fotonisch-elektronische co-packaged systemen kunnen optische en elektrische functies op hetzelfde substraatplatform worden geïntegreerd, waardoor compactere en efficiëntere architecturen mogelijk worden voor communicatie- en sensorapplicaties met hoge bandbreedte.

Deze toepassingsvoorbeelden laten ook zien waarom glazen tussenlagen niet puur op basis van eenvoudige kostenvergelijkingen kunnen worden beoordeeld. In sommige verpakkingsoplossingen wordt glas gekozen omdat het goedkoper is dan silicium. In andere gevallen wordt het gekozen vanwege zijn unieke eigenschappen, zoals optische toegang, grotere substraatformaten of andere materiaaleigenschappen. In deze situaties fungeert glas niet alleen als een goedkoper alternatief, maar ook als een substraat dat ontwerpmogelijkheden biedt die met andere materialen niet beschikbaar zijn.

---

Veelgestelde vragen over glasinterposers en projectplanning

Wat is het verschil tussen een glazen tussenlaag en een substraat met een glazen kern?

Een glazen interposer is een passieve herverdelingslaag die tussen de chips en het substraat van de behuizing wordt geplaatst. Een glazen kernsubstraat is de volledige structuur van het substraat van de behuizing die zich onder de chip of interposer bevindt en uiteindelijk verbinding maakt met de interface van de behuizing op de printplaat.

Wanneer is een glazen tussenlaag beter dan een siliconen tussenlaag?

Een glazen interposer is doorgaans aantrekkelijker wanneer de behuizing een fijnere herverdeling vereist dan organische materialen kunnen bieden, maar niet de extreem hoge dichtheid nodig heeft die siliciuminterposers kunnen leveren. Het wordt ook interessanter wanneer de economische aspecten op paneelschaal of de optische functionaliteit van belang zijn.

Welke informatie is nodig om een ​​project voor een glazen tussenlaag te starten?

Het project begint doorgaans met de afmetingen van de chip, het aantal chips, de bumpmap, de beoogde footprint, het aantal signalen, de datasnelheid, de stroomvereisten en de pakketstructuur onder de interposer. Deze input bepaalt de routingdichtheid van de interposer, de via-strategie en de opbouwrichting.

Kunnen glazen tussenlagen met standaard flip-chip-methoden worden geassembleerd?

Ze kunnen worden geïntegreerd in standaard geavanceerde assemblageprocessen, maar de gereedschappen en ondersteunende aanpak moeten rekening houden met het broze substraatgedrag van glas. De assemblageplanning wordt doorgaans herzien in samenhang met het bredere verpakkingsproces zoals beschreven in de glas-PCB-productie.

Hoe moet een offerte voor een project worden opgesteld?

Een bruikbare offerte begint meestal met de architectuur van de behuizing, in plaats van met een verzoek dat alleen de afmetingen bevat. Als u al informatie over de chip, bumpmap, footprint of interconnect-specificaties hebt, kunt u deze via de offertepagina indienen , zodat de glazen interposer kan worden beoordeeld aan de hand van de daadwerkelijke behuizingsvereisten.