2.5D-Integration: Der Interposer

Bei der 2.5D-Integration werden mehrere fertig prozessierte Dies nicht direkt übereinandergestapelt, sondern nebeneinander auf einem gemeinsamen Trägersubstrat – dem Interposer – platziert. Der Interposer selbst enthält keine aktiven Transistoren, sondern dient ausschließlich als hochdichte Verdrahtungsebene, die die einzelnen Dies untereinander sowie mit dem darunterliegenden Package-Substrat verbindet.

Der Name „2.5D“ verweist darauf, dass hier zwar eine zusätzliche vertikale Ebene hinzukommt – die Dies liegen auf dem Interposer, der wiederum über TSVs mit dem Package verbunden ist –, die eigentliche Chip-Integration aber weiterhin lateral (nebeneinander) erfolgt, im Unterschied zum echten, vertikal gestapelten 3D-Stacking des folgenden Kapitels. Diese laterale Anordnung vereinfacht die Wärmeableitung erheblich gegenüber gestapelten Dies, da jeder Chip direkten thermischen Kontakt zur darüberliegenden Kühllösung behält.

• Silizium-Interposer: Gefertigt aus einem Silicium-Wafer, durchsetzt mit TSVs zur Durchkontaktierung und mehreren Metallisierungslagen (RDL, siehe unten) auf der Oberseite. Silizium erlaubt sehr feine Verdrahtungsstrukturen (Sub-Mikrometer-Pitch), da es sich mit denselben Lithografie- und Ätzverfahren bearbeiten lässt wie ein regulärer Logik-Wafer. Es ist aber vergleichsweise teuer in der Herstellung und in der Fläche begrenzt (typischerweise auf die Größe eines Reticles bei der Belichtung, also einige Zentimeter Kantenlänge), was bei sehr großen Systemen zusätzliche Stitching-Techniken zur Verbindung mehrerer Reticle-Felder erforderlich macht.
• Organischer Interposer: Basiert auf Leiterplattenmaterialien ähnlich klassischer PCB-Technik, deutlich kostengünstiger und großflächiger herstellbar – hier sind Abmessungen jenseits der Reticle-Grenze problemlos möglich. Er erreicht jedoch nur gröbere Verdrahtungsdichten, da die verwendeten Fertigungsverfahren (Bohren, galvanische Durchkontaktierung) nicht an die Präzision der Halbleiterlithografie heranreichen.

Die Wahl zwischen beiden Varianten ist damit im Kern eine Abwägung zwischen Verbindungsdichte und Kosten/Fläche, die je nach Anwendungsfall unterschiedlich ausfällt.