中介层与 2.5D:在芯片之间修高速公路
从 RDL 到中介层;从主板到中介层,线到底有多细;中介层怎么让几颗芯片像一颗那样互连。
从 RDL 到中介层
扇入、扇出解决的是“一颗芯片怎么接到外面”。到了 AI 芯片,问题变成了两颗芯片之间要连的线太多:GPU 旁边每一摞 HBM 内存都有 1024 位数据接口(HBM4 翻倍到 2048 位),几摞加起来要连上万根线,而且全挤在几毫米宽的地方。
普通封装基板的线宽在 10 µm 以上,塞不下这么多线。于是在芯片和基板之间再加一层布线精度接近芯片级的“夹层板”,叫中介层(interposer),英文意思就是“插在中间的东西”。
中介层本质上就是更大、更细、层数更多的 RDL,而且同时服务好几颗芯片。台积电 CoWoS 的三个版本,正好对应 RDL 的三种“升级”。
| 版本 | 中介层用什么做 | 和 RDL 的关系 |
|---|---|---|
| CoWoS-S | 整片硅,用芯片厂的工艺布线,线宽小于 1 µm,打 TSV 往下连 | 原理相同,只是用芯片厂的镶嵌铜工艺,比电镀 RDL 更细 |
| CoWoS-R | 多层 PI + 电镀铜,线宽约 2 µm | 就是 RDL 八步工艺那套,多叠几层 |
| CoWoS-L | RDL 为主,只在芯片交界处埋小块硅桥 | RDL 加上局部的“硅补丁” |
后面几页从头讲 CoWoS:为什么 AI 芯片离不开它(三堵墙)、怎么做、三个版本怎么选(CoWoS)、现在卡在哪里(八大限制)、以后往哪走(未来预测)。
从主板到中介层:线有多细
入门和传统封装几页讲了封装怎么把芯片接到主板,RDL 一页讲了 RDL 怎么在芯片表面重新布线。CoWoS 把这两件事推到了极致:在芯片和基板之间加一层布线极密的中介层,让好几颗芯片像一颗那样高速互连。
裸片是一座城市,晶体管是城里的房子。封装是城市外面的高速公路网和收费站,负责把城里的车(数据和电)运到别的城市去。
过去大家只关心把城市盖得更密(制程从 7nm 到 3nm),但现在,城市之间的路成了最大的瓶颈。CoWoS 就是一种修路技术。
CoWoS 到底怎么解决的
思路很朴素:在芯片和基板之间,加一层用“造芯片的工艺”做出来的硅片,专门负责连线。它叫中介层(interposer)。
因为中介层本身就是在晶圆厂里用光刻做的,它的线可以细到亚微米级,跟芯片自己的线一个级别。于是:
- 撞光罩墙?把多颗芯片并排放在同一片中介层上,用上万根短线连起来,表现得像一颗大芯片。
- 撞良率墙?每颗小芯片先单独测试,只挑好的上中介层(这叫“已知良品裸片”,KGD)。
- 撞内存墙?HBM 直接放在 GPU 旁边几毫米处,一千多根线短距离直连。
中介层里还有一个关键结构:TSV(硅通孔),就是在硅片上竖着打穿的小孔,灌满铜,让上面芯片的电和信号能“垂直穿过”中介层到达下面的基板。
普通封装像把几个城市分别建在不同的岛上,靠渡轮(基板走线)往来。CoWoS 像把这些城市建在同一块大陆上,城市之间修满了多车道高速公路(中介层走线),地下还有直通港口的地铁(TSV)。