一、傳統(tǒng)互連技術(shù)的局限

 

傳統(tǒng)芯片互連主要依賴引線鍵合和倒裝焊技術(shù)。引線鍵合通過金線或銅線將芯片焊盤與封裝基板連接，工藝成熟但互連密度有限，每顆芯片的I/O數(shù)量通常限制在數(shù)百至數(shù)千。倒裝焊通過芯片表面的焊料凸點(diǎn)與基板直接連接，可支持更高的I/O密度，但隨著凸點(diǎn)間距的持續(xù)縮小，焊接工藝的精度和可靠性面臨挑戰(zhàn)。

 

二、先進(jìn)封裝互連技術(shù)

 

2.5D封裝和3D封裝是當(dāng)前芯片互聯(lián)技術(shù)的重要方向。2.5D封裝通過硅中介層實(shí)現(xiàn)多顆芯片的橫向互連，中介層內(nèi)嵌的硅通孔和重布線層提供了高密度的芯片間通信通道。3D封裝則通過芯片的垂直堆疊和硅通孔實(shí)現(xiàn)層間互連，可顯著縮短互連長度、降低延遲和功耗。

 

混合鍵合是近年來發(fā)展較快的高密度互連技術(shù)。與傳統(tǒng)倒裝焊依賴微凸塊不同，混合鍵合實(shí)現(xiàn)芯片間銅-銅和氧化物-氧化物的直接連接，無需微凸塊輔助。這一方法顯著提高了互連密度——在2025年超大規(guī)模集成電路研討會上，imec展示了間距250納米的晶圓對晶圓混合鍵合，以及背面間距120納米的介質(zhì)通孔。混合鍵合在高帶寬存儲器和人工智能芯片制造中扮演著日益重要的角色。

 

嵌入式多芯片互連橋是另一類重要技術(shù)方案。英特爾提出的EMIB技術(shù)將硅通孔技術(shù)融入嵌入式多芯片互連橋，提升了芯片間連接的性能。

 

三、光互連與Chiplet架構(gòu)

 

在更長距離的芯片間互連中，光互連正逐步取代電互連。光電共封裝技術(shù)的核心邏輯是將光引擎與計算芯片封裝于同一基板，將互連長度從傳統(tǒng)的10至20厘米縮短至1至2厘米，從而減少信號衰減、降低傳輸延遲和功耗。

 

Chiplet架構(gòu)將大型芯片拆分為多個功能獨(dú)立的“小芯粒”，通過高速互連協(xié)議組合成一個集成芯片。通用芯粒互連標(biāo)準(zhǔn)UCIe在2025年8月發(fā)布了3.0規(guī)范，將互連帶寬提升至64 GT/s。Chiplet互聯(lián)接口電路僅在單個封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)多顆芯粒的互連，傳輸距離短，對互連的功耗和延遲提出了更高要求。

 

四、技術(shù)挑戰(zhàn)

 

芯片互聯(lián)技術(shù)的挑戰(zhàn)主要集中在互連密度、功耗、熱管理和信號完整性等維度。隨著互連間距縮小至亞微米級別，制造工藝的精度控制和缺陷容忍度成為瓶頸。高密度互連帶來的功耗密度上升也對散熱設(shè)計提出了更高要求。光互連雖然帶寬潛力大，但光源集成、調(diào)制效率和封裝成本仍是制約因素。