在硅基板两面形成电路，实现安装面积减少80% 确立“硅主板（Silicon Motherboard）”技术-电子发烧友网

日清纺微电子株式会社（Nisshinbo Micro Devices Inc.）成功开发出三维封装技术 Silicon Motherboard（Si-MB®） 。该技术可在硅基板的正反两面形成电路，并将IC及无源器件集成为一个整体单元。

通过该技术，公司实现了传统Chiplet技术难以完成的无源器件集成。在试制样品中，与传统分立器件方案相比，安装占用面积减少约80%。此外，由于采用与现有量产品相同的封装外形，不仅降低了客户导入负担，同时也满足了对耐久性有要求的应用需求

开发背景

近年来，随着工业设备、汽车电子设备以及通信设备等工业产品功能不断提升，所需搭载的电子元器件数量持续增加。该趋势不仅导致产品尺寸增大和运输能耗增加，也使零部件采购与供应管理变得更加复杂。

为解决这些问题，将多个IC及外围器件整合在一起的“器件集成化（Component Consolidation）”技术正不断发展。实现器件集成化需要满足以下三个关键要素：

・具备安装各种元器件的通用性，而不仅限于IC芯片

・支持高密度封装，实现小型化

・具备高耐久性，可在高负载环境下稳定运行

其中，Chiplet技术因能够追求更高的小型化和高密度封装而备受关注。然而，由于Chiplet主要针对IC芯片堆叠设计，因此从结构上难以安装片式电阻、电容等无源器件。此外，其高密度特性往往以耐久性下降为代价，因此适用领域受到限制。

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图1：Chiplet技术面临的问题及Silicon Motherboard概念示意图

Silicon Motherboard 的特点

Silicon Motherboard是一项全新的高密度封装技术，在实现传统Chiplet技术难以完成的无源器件集成的同时，还具备适用于高负载环境的耐久性能。其内部结构如图2所示。

该技术的主要特点如下：

・功能芯片安装于硅基板上表面

・利用晶圆制造工艺，在基板内部形成晶体管、电阻和电容等元件

・在硅基板下表面安装外部无源器件

其中最具特色的是在硅基板背面安装外部元器件。通过这种结构，可集成传统Chiplet难以搭载的大容量电容（1000pF以上）、低阻值电阻（1Ω以下）以及电感器等无源器件。

此外，Silicon Motherboard无需采用新的特殊封装形式，而是沿用现有成熟量产封装。因此，用户可以继续使用现有生产设备，大幅降低导入成本和评估周期。

同时，由于采用已有量产经验的封装结构，因此不仅适用于消费电子产品，也适用于对高可靠性要求严格的工业设备及汽车电子领域。

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图2：Silicon Motherboard结构示意图

试制样品详情

图3展示了硅母板（Silicon Motherboard，功能：窗口比较器）的原型**。** 在该原型中，两颗比较器IC作为功能芯片安装在硅基板上，同时利用晶圆加工工艺在基板内部形成了电阻元件。此外，在硅基板背面的印制配线板（Printed Wiring Board，PWB）上还安装了两只贴片电阻（芯片电阻）

通过上述结构，Silicon Motherboard实现了IC芯片、利用晶圆工艺集成的内置元件以及外部无源器件的三维集成封装。与传统结构相比，该试制品的安装占用面积减少约80%（见图4）。

Silicon Motherboard技术的成功开发，得益于公司长期积累的低噪声、高精度等模拟IC技术。凭借这些技术优势，公司在比较器IC、运算放大器IC以及LDO 稳压电源IC领域拥有领先的市场份额。*1

模拟IC的最终性能不仅受IC本身影响，还与电阻、电容、电感等外围器件及其参数设计密切相关。因此，将IC与外围器件作为一个整体进行优化，是实现更高性能的关键。

然而，传统Chiplet技术难以集成IC芯片以外的无源器件，因此在充分发挥模拟IC性能方面存在设计限制。

Silicon Motherboard正是为解决这一问题而开发的技术。它能够同时集成IC芯片和无源器件，从而最大限度发挥模拟IC性能。

未来，公司将以该技术为基础，不仅提供IC产品，还将扩展至包含外围元器件在内的系统解决方案开发。通过这些举措，为客户提高开发效率并进一步提升产品性能。

*1：Marketing Eye Co., Ltd. 2024年调查结果。

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