东京工业大学的科学家们开发了一种 3D 功能中介层，即芯片和封装基板之间的接口，在此可嵌入电容器。这种紧凑的设计节省了大量的封装面积，并大大减少了芯片端子和电容器之间的布线长度，降低了噪声和功耗，这项技术为更小型化的新型半导体封装结构铺平了道路。
电子产品开始时尺寸很大，但随着时间的推移和技术的革新发展，尺寸逐渐减小、紧凑。例如今天智能手机，其性能19世纪80 年代的计算机高出几个等级。不幸的是，如今使用的材料和设计已经接近其物理极限，这种性能和规模的发展趋势必然会大大减缓。为了克服这些问题，关键是要提出新的想法，来解决技术瓶颈问题。
在过去十年中，用于电子产品的无源元件电容器的发展在某些方面停滞不前。虽然现在可制造的电容器比以往更小，但它们的单位面积实际容量并没有提高多少，我们需要一种技术在减少使电容器占用空间的同时，更保持其性能。
日本东京工业大学Takayuki Ohba 教授领导的研究人员致力于开发这种技术以维持半导体电路的规模化。该团队将在《 2021 年 IEEE 电子元件和技术会议论文集》上发表的最新的研究成果显示，利用硅中介层（将集成芯片与电路封装或其他芯片保持并垂直连接的平面接口，可以制成功能电容器，省了大量空间，带来了巨大的效益。
在2.5D封装中，诸如 DRAM 和微处理器之类的芯片位于具有硅通孔的中介层顶部，垂直导电隧道将芯片中的连接与封装基板上的焊料凸块连接起来。电容器放置在靠近它们所服务的组件的封装基板上，并且必须在它们的端子和芯片端子之间进行连接，跨度为5-30毫米。这种布局不仅增加了封装基板面积，而且较长的互连会导致高布线电阻和噪声等问题。
与这种设计不同的是，东京理工的团队直接把中介层做成了硅电容，通过一种新颖的制造工艺实现了这一点，其中使用永久性粘合剂和模制树脂将电容元件嵌入到 300 毫米的硅片中。芯片和电容器之间的互连直接通过硅通孔制成，无需焊料凸点。研究人员表示该无扰动 3D 功能性中介层将封装面积减少了约 50%，互连长度甚至缩短了100 倍。
研究人员还设法巧妙地避免了无凸块晶圆上芯片设计的两个最常见问题，即树脂导致的晶圆翘曲，粘合剂中的空隙袋导致的错位错误。通过测试和理论计算，研究人员发现功能性中介层降低了布线电阻和寄生电容，从而降低功耗。
