本文的研究团队来自日月光半导体制造股份有限公司（Advanced Semiconductor Engineering, Inc.，ASE），主要作者包括Sheng Li、Chu Jie Yang、Min Lung Huang、Yue Nung Lin和Jen Kuang Fang。该论文发表于2026年IEEE第76届电子元件与技术会议（ECTC），属于半导体封装技术领域的原创性研究成果。
在人工智能（AI）电源供应与汽车电子电源供应快速发展的时代背景下，传统封装方法——即将集成电路表面贴装于基板之上——已经难以满足高速信号传输和高效热管理的关键需求，尤其是当应用功率达到1000W级别时。随着热流密度不断上升，传统架构往往会导致局部热点（localized hotspots）的出现，从而降低器件性能并损害长期可靠性。为解决这一挑战，半导体嵌入式基板（Semiconductor Embedded Substrate，SESUB）技术作为一种变革性解决方案应运而生。
SESUB技术将减薄后的功能硅芯片直接嵌入有机基板的内部层中。这一架构具有多重优势：首先，最小化传输路径——通过嵌入芯片，芯片与基板电路之间的互连长度显著缩短，降低了寄生电感和寄生电阻，这对于高频信号传输和高效功率传输至关重要；其次，热耗散性能——SESUB结构允许在基板层内实现优化的热扩散，结合先进的设计布局，能够提供优于传统模塑封装的热包络；第三，极致的小型化——SESUB在X、Y维度上实现了显著的尺寸缩减，嵌入芯片区域可减少57.9%的封装面积，有助于实现现代电子系统所需的高密度集成。
然而，在当前的工业实践中，嵌入式基板通常采用单面连接（single-sided connection）方案。虽然标准的芯片嵌入解决了许多电气问题，但1000W AI电源的热管理需求要求更激进的热耗散策略。在典型的嵌入式结构中，热量会被困在有机介质层内，导致热拥堵（thermal congestion）。本文提出的双面连接（double-sided connection）制造工艺和设计优化，正是为了从根本上解决这一热瓶颈问题。
本研究提出了一种新型的双面连接嵌入式基板架构，其核心理念是将主动芯片（active die）和MOSFET同时嵌入基板层内。在传统的非嵌入式结构中，通常需要金属框架（metal frame）进行热耗散和结构支撑，这使得封装体积更大、厚度更厚。而本研究的设计允许信号和功率直接从芯片的正面和背面双向引出，这种垂直设计在无需额外金属框架的条件下显著降低了寄生电感，并解决了散热问题。
双面连接结构面临的首要制造挑战在于：主动芯片和MOSFET具有不同的高度（厚度）。当不同厚度的芯片被放置在同一层中时，过孔（via）的深度和尺寸会随之变化。通常，这种厚度差异会导致封装翘曲或弯曲。研究团队通过精细调整材料组合和增层（build-up layer）结构，成功将封装平整度维持在较高水平，与标准量产基线相当。
第二个关键工艺难点在于背面厚铜布线。为满足1000W AI功率需求，研究团队在背面设计了更大的过孔直径和厚铜层。核心困难在于电镀过程——必须同时填充不同深度的过孔。经过优化，研究团队实现了超过45μm的背面铜厚度（最大可达75μm，具体取决于线宽线距条件）。这一厚铜层充当了热能传递的“高速公路”，能够快速将热能从芯片中导出。
本研究的一个重要突破在于大规模过孔的铜填充（copper-filling）技术。截面分析证实，从2mm×2mm到5mm×5mm的槽型过孔（slot via）均可以无空洞地完全填充铜。同时，多圆过孔（multi-circle via）设计也实现了完美的铜填充性能。交叉截面图像显示双面连接封装具有出色的互连质量，嵌入式IC的背面过孔接触点处无异常或分层现象。
该双面连接嵌入式基板是在已建立的高产能制造（High-Volume Manufacturing，HVM）线上开发和验证的，该产线基线平台始终保持超过99%的生产良率。该架构的一个关键优势在于其无缝整合到现有基础设施中——所有关键步骤，包括芯片贴装、层压、激光钻孔和铜电镀，均使用当前已认证的生产设备完成。此外，该产线已通过汽车应用认证和严格的ATV认证，确认该双面结构满足汽车和AI电力基础设施所需的高可靠性标准。
为评估双面连接对热瓶颈的解决效果，研究团队在1-2-1四层嵌入式基板上进行了热仿真，包含驱动器IC（driver IC）、高侧MOSFET（HSFET）和低侧MOSFET（LSFET）。所有评估遵循JEDEC标准，环境温度（Ta）为25°C，功率负载为1.4W。
首先，团队将传统并排封装（side-by-side package）与标准单面连接嵌入式基板进行比较。仅仅将芯片从并排布局移入单面嵌入式设计，最大结温（Tmax）就下降了约9°C。这表明芯片嵌入本身已经能够有效缩短热路径。
然而，对于高功率AI应用，需要更强的冷却能力。如表1所示，双面设计相比传统基准实现了巨大改进：控制器的最高温度（maxTj_U1）降低了20.96°C，总封装温度（Tt）下降了23.72°C。此外，热阻（θja）改善了14.97°C/W（从43.58°C/W降至28.61°C）。整体热性能较传统设计提升了34%。
这些结果证明，背面厚铜连接是打破嵌入式基板热限制的关键。
背面连接的具体设计对冷却效率同样至关重要。研究比较了两种不同的过孔设计：槽型过孔（slot via）和多圆过孔（multi-via/multi-circle via）布局。这两种设计提供不同的铜体积和接触面积，直接影响最终的冷却效率。
仿真结果显示，槽型过孔设计实现了最佳热性能，因为它提供了与芯片最大的接触面积。多圆过孔设计也表现出良好效果，通过多个接触点分散热量。然而，如果背面没有热过孔设计，热量将被“困”在有机基板内的IC中。这种“热陷阱”（heat trap）容易导致热损伤或可靠性问题。虽然槽型过孔是最有效的热耗散方案，但多圆过孔布局在高密度设计中提供了更多的布线灵活性。两种方案都远优于无过孔结构，证明背面连接对于高功率嵌入式模块是必需的。
基于所提出的设计和仿真结果，研究团队成功开发了采用1-2-1嵌入式基板的测试载体（Test Vehicle，TV），其中包含三个嵌入式芯片（多芯片，multi-die）。实验数据证实，双面连接显著改善了热性能。与标准单面连接相比，这一新架构将封装温度降低了高达15.3°C（图11），为高功率应用提供了更安全的热裕度。
该测试载体已成功通过初步可靠性测试。这些结果证明，双面嵌入式基板是面向下一代1000W级AI功率模块的高可靠性、高性能解决方案。
本研究的核心学术价值在于：首次系统地验证了双面连接嵌入式基板架构在1000W级功率应用中的可行性和有效性。通过将热管理问题从“封装外围”转移到“芯片背面直接接触”的范式转变，该研究为嵌入式基板技术在高功率领域的发展开辟了新路径。
从应用价值角度看，该技术具有显著的工程优势：热性能提升34%，X/Y尺寸缩减42%，同时保持极薄的封装轮廓。更重要的是，该技术无需新增设备投资，可在现有认证产线上直接部署，大幅降低了产业化门槛。文中还明确指出SESUB技术已成功实现三颗以上芯片的同时嵌入，展现出良好的可扩展性。
研究的核心亮点包括：（1）双面连接结构的原创性设计，实现了芯片正面与背面的同时电气引出和热耗散；（2）超过45μm厚铜层的大规模过孔无空洞铜填充技术突破；（3）不同厚度芯片共存于同一层内的翘曲控制方案；（4）在既有高良率量产线上完成的工艺迁移与验证，证明该技术的工业成熟度和“即用型”（ready-to-use）可信度。这些创新共同构成了一个面向高性能计算的稳健且可扩展的平台，为最严苛应用场景下的产品可靠性与性能提升提供了清晰路径。