在芯片设计与制造的浩瀚宇宙中，Daisy Chain这一概念犹如一颗独特的星辰，贯穿了芯片发展的历史进程，并在当下先进封装技术如2.5D/3D封装中绽放出新的光彩。

 

Daisy Chain的起源与基础概念

Daisy Chain，即菊花链，是一种串联的连接方式，早期主要用于电子电路中的简单设备连接，如多个电阻或电容的依次连接。这种方式以其直观的链式结构和相对简单的布线要求，在早期电子设计中占据了一席之地。

在芯片设计领域，Daisy Chain的概念逐渐演进，开始应用于芯片内部的电路连接以及芯片与外部设备的连接中。其核心思想是将多个电路节点依次串联起来，信号沿着这条链路依次传递，每个节点都可以接收到来自前一个节点的信号，并将其传递给下一个节点。

芯片设计中的传统Daisy Chain应用

在传统的芯片设计中，Daisy Chain常用于芯片内部的时钟信号、数据总线等关键信号的传输。例如，在一些早期的微控制器中，Daisy Chain连接方式被用来实现内部多个功能模块之间的数据传输，确保信号按照预定的顺序在各个模块之间流动。

随着芯片制造工艺的进步，Daisy Chain的应用更加广泛。在一些模拟电路设计中，通过Daisy Chain连接的多个晶体管或二极管等元件，可以实现特定的电路功能，如信号放大、滤波等。

 

先进封装技术中Daisy Chain的关键作用

（一）2.5D封装中的Daisy Chain

在2.5D封装技术中，多个芯片被集成在一个平面的中介层上，通过微凸点或TSV（Through-Silicon Via，）实现芯片之间的互连。Daisy Chain在其中发挥着至关重要的作用。

Interposer上的链式连接：Interposer作为2.5D封装的核心组成部分，为芯片之间的信号传输提供了桥梁。Daisy Chain连接方式可以在中介层上实现多个芯片之间的高速信号传输。例如，在HBM（High Bandwidth Memory）与逻辑芯片的集成中，通过Daisy Chain将HBM的多个存储单元与逻辑芯片的关键计算单元依次连接，使得数据能够以较高的速度在两者之间流动，从而提高了整个系统的性能。HBM与逻辑芯片集成的2.5D封装中，Daisy Chain连接的存储单元数量可达数十个，数据传输速率可达到数十GB/s。

测试与验证的关键手段：在2.5D封装的生产过程中，Daisy Chain为芯片的测试与验证提供了便利。通过在中介层上设计Daisy Chain测试结构，可以对芯片之间的互连进行电气测试，确保信号传输的完整性和可靠性。这有助于及时发现潜在的制造缺陷，提高封装良率。在实际生产中，通过Daisy Chain测试，2.5D封装的良率可提高15% - 20%左右。

（二）3D封装中的Daisy Chain

3D封装技术则进一步将芯片在垂直方向上进行堆叠，通过TSV等技术实现芯片之间的三维互连。Daisy Chain在3D封装中的应用更加复杂和多样化。

垂直互连的链式路径：在3D封装中，多个芯片层叠在一起，TSV作为垂直通道连接各个芯片层。Daisy Chain可以通过TSV在垂直方向上形成链式路径，实现信号在不同芯片层之间的传输。例如，在一些高性能计算芯片中，计算核心芯片与存储芯片在垂直方向上堆叠并通过Daisy Chain连接，使得数据能够在不同层级的芯片之间快速交换，减少了数据传输延迟，提高了系统的整体性能。在3D封装中，采用Daisy Chain连接的芯片层数可达10层以上，数据传输延迟可降低30% - 40%左右。

Thermal management与性能优化：Daisy Chain的连接方式还可以在一定程度上影响芯片的热管理。由于信号在链式路径上传输时会产生一定的热量，通过合理设计Daisy Chain的布局和连接顺序，可以优化芯片的热分布，避免局部过热对芯片性能的影响。在3D封装中，优化后的Daisy Chain布局可使芯片的热点温度降低10℃- 15℃左右。

 

Daisy Chain面临的挑战与解决方案

（一）Signal Integrity挑战

在2.5D/3D封装中，由于芯片之间的互连密度较高，Daisy Chain的链路较长且复杂，信号完整性问题变得更加突出。信号在传输过程中可能会受到串扰、反射、衰减等影响，导致信号质量下降，影响芯片的正常工作。

优化布线与布局：通过合理的布线和布局设计，可以减小Daisy Chain链路之间的距离，降低串扰的影响。同时，采用阻抗匹配的布线方式，可以减少信号反射，提高信号传输的质量。在实际设计中，将Daisy Chain链路之间的距离控制在5mm以内，可将串扰降低至-30dB以下。

采用高性能材料：使用高性能的封装材料，如低损耗的介质材料和高导电性的互连材料，可以降低信号在传输过程中的衰减，提高信号的完整性。在2.5D/3D封装中，采用低损耗的介质材料后，信号衰减可降低40% - 50%左右。

（二）制造工艺挑战

Daisy Chain在2.5D/3D封装中的实现需要高精度的制造工艺，尤其是在TSV的形成、微凸点的连接等方面。工艺偏差可能会导致Daisy Chain的连接不良，影响芯片的性能和可靠性。

先进的制造设备与技术：采用先进的光刻、刻蚀等制造设备和技术，可以提高TSV、微凸点等关键结构的加工精度，确保Daisy Chain连接的可靠性。例如，使用高精度的光刻机可以实现更小尺寸的TSV，提高芯片之间的互连密度和性能。在3D封装中，采用先进的刻蚀技术后，TSV的加工精度可提高20% - 30%左右。

严格的工艺控制与检测：在制造过程中，实施严格的工艺控制和检测措施，对每个关键工序进行实时监控和检测，及时发现和纠正工艺偏差，保证Daisy Chain的质量。在2.5D/3D封装生产中，通过严格的工艺控制与检测，Daisy Chain连接的不良率可降低至0.5%以下。

 

Daisy Chain的未来发展趋势

随着芯片制造工艺的不断进步和市场需求的持续增长，Daisy Chain在芯片设计与封装中的应用前景将更加广阔。

更高的集成度与性能：未来，Daisy Chain将继续在更高集成度和性能的芯片设计中发挥作用。在2.5D/3D封装技术的推动下，Daisy Chain有望实现更多芯片之间的高效互连，满足人工智能、高性能计算等领域对芯片性能的极致追求。预计在未来5年内，采用Daisy Chain的2.5D/3D封装芯片的集成度将提高2 - 3倍，性能将提升50% - 100%。

与其他技术的融合创新：Daisy Chain将与其他先进的芯片设计和封装技术如Chiplet、异构集成等进行深度融合创新。例如，通过Daisy Chain将不同功能的Chiplet连接在一起，实现系统的多功能集成，同时降低系统的功耗和成本。在Chiplet集成中，采用Daisy Chain连接的Chiplet数量可达数十个，系统功耗可降低30% - 40%左右。

综上所述，Daisy Chain作为一种经典的连接方式，在芯片设计与封装领域具有重要的地位和广泛的应用。从早期的简单电路连接到如今在2.5D/3D封装中的关键作用，Daisy Chain不断演进和发展。然而，它也面临着信号完整性、制造工艺等多方面的挑战。通过优化设计、采用先进技术等手段，可以有效应对这些挑战，进一步提升Daisy Chain的性能和可靠性。展望未来，Daisy Chain将在更高集成度、更高性能的芯片设计与封装中继续发挥重要作用，并与其他技术融合创新，为芯片技术的发展注入新的动力。

 

来源：芯片技术与工艺

关键词： 芯片 DaisyChain技术