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先进封装 2.5D / 3D

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。

承上启下

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”。

关键联系

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-LRDL 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)。

尺度

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。

打个比方

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。

接线越往外越粗:每 1 毫米宽度里能并排走多少根线
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每一行的宽度都代表 1 毫米。主板上 1 毫米只能走大约 6 根线;硅中介层上能走一千多根(细到画出来就是一整块)。数值为典型量级。这张图就是 CoWoS 存在的理由。
原理

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。

打个比方

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)。

“2.5D” 和 “3D” 是什么意思
2.5D:芯片并排躺在中介层上 信号横着走,经过中介层(CoWoS 属于这一类) 3D:芯片直接叠在芯片上 信号竖着走,距离最短(如 SoIC、HBM 本身)
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“2.5D”这个名字就是因为它介于 2D(各自封装、放在主板上)和真正 3D(直接堆叠)之间。今天最先进的 AI 芯片往往两者都用:HBM 自己是 3D 堆叠,再和 GPU 一起放在 CoWoS 上。
图中尺寸除特别说明外均为示意,不按真实比例。年份与数值为行业常见说法或公开报道,具体以厂商资料为准。 内容更新至 2026-10。