电子组件通常由分立电阻器、电容器、电感器等以及大量集成电路芯片组成，每个芯片具有特定的功能或各种不同的功能。在这样的组件中，还有几个不同的连接器和、或插座，允许组件与其他组件连接。电路设计师的工作就是实现各种有源和无源器件之间的互连。迄今为止，广泛的IC封装和电气互连技术已被用于此类组件，尤其是高端组件。
当行业试图扩展摩尔定律时，其中包括各种多芯片模块(MCM)结构以及系统级封装(system-in-package，简称SiP)产品，这两种产品都是目前几乎每家电子工程类杂志广泛讨论的一系列异质集成封装解决方案的先驱。这些封装组装器件仍然有需求，并且通常安装在互连基板上，最常见的是PCB。仍在使用焊接工艺完成实际的互连，尽管（我和其他人）在努力消除焊接环节，转而采用更环保、成本更低的方法。
除此之外，随着半导体技术设计、封装和互连创新发展以及制造技术的不断进步，集成电路的特征尺寸在不断缩小。每一代集成电路的运行速度也都在提高。电子行业的很多公司希望并预测这种趋势将持续到可预见的未来，尽管大多数人承认半导体技术的材料和物理成分存在局限性。众所周知的一点是，为了获得最高的运行速度，无论是在MCM、SiP还是分立封装中，都希望单个集成电路上的电子元件之间以及互连芯片的端子之间具有短的互连路径。
设计的挑战在于经常存在相互冲突的需求。一个生产领域的优势可能会有损于另一个领域，甚至会影响设计本身的性能。案例之一是焊盘间距。随着端子间距不断缩小，从组装商的角度来看，仍然希望具有较大的焊盘间距，因为较大的焊盘间距可提高良率并降低板级组装的总成本。不幸的是，大的焊盘通常意味着更大的封装和更大的端子电容负载，因此对于互连要素需要更大尺寸的PCB及更高的成本。
然而有一些方法可以在电路板层面上减少I/O要求；通过挠性电路与芯片封装上表面端子进行互连，高速信号可以从PCB提升到电路板上方的空间。我于20世纪初在初创公司Silicon Pipe时介绍过这种方法，称之为“OTT(off (or over))the top)”技术。
OTT技术是为了解决PCB中的噪声和串扰问题而发明的。随着异构互连解决方案向三维电子互连迈进，OTT解决方案是最早提出的三维互连解决方案之一。图1给出了这种全新方法的示意图。
图1:OTT概念提出了一种“超前”3D互连概念，即划分电路设计，以创建更简单的PCB和在IC之间更可控的高速互连。2005年该方法通过两个连接器在大于75厘米的距离上实现了大于20Gbps的数据速率，同时满足了规定的误码率要求。
OTT的基本概念被应用为“桥”技术，采用了贯穿硅通孔（Through-Silicon Via，简称TSV）技术，该技术不仅能够实现芯片之间的垂直（堆叠）互连，而且能够实现芯片之间的横向互连。如图2所示。优点很明显：这种布局确保了关键信号的最短路径布线和芯片之间的时钟信号。
图2:与早期 OTT 设计方法相比，目前一代设计方法可用于从背面互连具有TSV技术的IC可进一步提高性能，能够在封装内或封装之间互连两个或更多芯片。
总而言之，大约20年前由Silicon Pipe提出的OTT概念终于在今天的异构集成工具箱中得到了实际应用，为获得更高性能的同时满足物理科学和封装组装技术的要求，提供了一种替代方法。有些理念诞生得太早，需要在未来才能得以应用。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年3月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
