Въведение: Промяната на парадигмата от монолитен към модулен
Традиционният път на интегриране на повече функции в една, все-по-малка силициева матрица (закон на Мур) става непосилно скъп и технически предизвикателен за много приложения. Отговорът на индустрията е хетерогенна интеграция (HI): сглобяване на множество специализирани чипове-оптимизирани за логика, памет, аналогови, радиочестотни или фотоника-в тясно свързан пакет-на ниво система. Този подход „Повече от Мур“ осигурява превъзходна производителност, гъвкавост и време-за-пускане на пазара. В сърцето на тази революция лежи скромен, но усъвършенстван компонент: силиконовият междинен елемент и процесите на опаковане на ниво вафла-(WLP), които правят всичко възможно.
Глава 1: Силициевият междинен елемент: Нервната система на системата
Интерпозерът е пасивен силиконов субстрат, който се намира между основата на пакета и подредените чипове. Самият той не е чип на устройство, а „електронна платка“ с висока{1}}висока плътност върху силиций.
- Функция: Неговата основна роля е да осигури хиляди ултра{0}}фини електрически пътища между чиплетите, поставени върху него. Това се постига чрез мрежа от микро-неравности по повърхността му и чрез-Силиконови отвори (TSVs)-вертикални медни проводници, които преминават изцяло през пластината на силиконовия междинен елемент, свързвайки горната и долната страна.
- Защо силиций? Стъклените или органичните субстрати не могат да съвпадат с предимствата на силиция:
- Съвпадение на CTE: Неговият коефициент на топлинно разширение (CTE) съвпада идеално с този на силициевите чипове, предотвратявайки механично напрежение и повреда по време на температурни цикли.
- Ултра{0}}фино окабеляване: Полупроводниковата литография позволява плътност на окабеляване в микронен-мащаб, далеч надвишаваща всеки органичен субстрат, което позволява масовата взаимосвързаност, необходима, да речем, за свързване на графичен процесор към множество купчини памет с висока-честотна лента (HBM).
- Топлинна проводимост: Силицият ефективно разпространява топлината от мощните изчислителни чипове.
Глава 2: Производственото предизвикателство: От вафла до вложка
Производството на безупречен интерпосер изтласква обработката и манипулирането на вафли до своите граници:
- Стартиране на вафла: Изисква силиций с високо{0}}съпротивление за минимизиране на загубата на сигнал при високи честоти. Той също така трябва да има отлична кристалографска еднородност за прецизно ецване на TSV.
- Формиране на TSV: Това е основно предизвикателство. Дълбоките, тесни дупки се гравират през цялата пластина (или по-голямата част от нея) с помощта на усъвършенствано дълбоко реактивно{1}}йонно ецване (DRIE). След това тези дупки се облицоват с изолатор, бариерен слой и се запълват с мед.
- Изтъняване на пластини: След обработка на предната{0}}страна, пластината трябва да се изтъни отзад (често до 100 µm или по-малко), за да се разкрие дъното на TSV за свързване. Този процес на обратно-шлайфане изисква изключителна прецизност, за да се избегне изкривяване на пластини, напукване или предизвикване на напрежение, което влошава работата на устройството. Последващото полиране (облекчаване на напрежението) е критично.
- Временно залепване/-отлепяне: Крехката, тънка пластина се залепва временно към твърдо носещо стъкло с помощта на специално лепило за опора по време на манипулиране и-обработка на задната страна, след което се-отлепва в края-деликатна операция.
Глава 3: Екосистемата: Опаковане и сглобяване на-ниво Wafer
Интерпозерът е платформата, но Wafer-Level Packaging (WLP) е наборът от техники, които изграждат крайната система:
- Опаковка с вентилаторно-извън-ниво (FO-WLP): Чиплетите се поставят върху временен носител и се нанася епоксидна матрица, за да се образува „реконституирана вафла“ около тях. След това отгоре се произвеждат слоеве за преразпределение (RDL) от тънък-слоен метал, за да се разпръснат връзките до по-голяма стъпка, елиминирайки необходимостта от традиционен субстрат или междинен елемент за приложения с по-малка плътност. Това е рентабилно-решение за мобилни процесори и RF модули.
- 2.5D интеграция: Класическият-базиран подход. Множество чипове са поставени един до -един до-върху пасивен силиконов междинен елемент, съдържащ TSV. Това е стандартът за интегриране на CPU/GPU с HBM памет.
- 3D IC интеграция: Извежда подреждането на следващото ниво чрез свързване на чиплети директно един върху друг с помощта на микро-неравности или хибридно свързване (директно свързване на мед-към-мед). Това постига най-високата плътност на взаимосвързаността и възможно най-кратките пътища, които са от решаващо значение за бъдещите AI ускорители. Това изисква още по-усъвършенствани услуги за изтъняване и залепване на пластини.
Глава 4: Стратегическият императив за леярни и OSATs
За леярни за полупроводници и компании за сглобяване и тестване на полупроводници на външни изпълнители (OSAT) овладяването на технологията interposer и WLP е конкурентна необходимост. Това изисква вертикално интегрирано разбиране на материалите, процесите и термичното-механично напрежение. Техният успех зависи от надеждна верига за доставки на специализирани изходни материали:
- Ултра{0}}тънки вафли с тясна вариация на дебелината (TTV) за изтъняване.
- Силициеви пластини с високо-съпротивление за интерпозитори с ниски{1}}загуби.
- Вафли с първокласно-качество с безупречни повърхности за фина{1}}стъпка RDL литография.
- Услуги за прецизно нарязване на кубчета за отделяне на тези сложни, тънки опаковки без повреди.
Партньор за революцията в опаковането
Компаниите, които движат HI революцията, не могат да си позволят несъответствия в техните основополагащи материали. Sibranch Microelectronics служи като критичен фактор в тази екосистема. Нашите възможности директно се справят с болезнените точки на модерните опаковки:
Ние доставяме ултра-плоски силициеви пластини с високо{0}}съпротивление, идеални за производство на интерпозер.
Нашите услуги за обратно{0}}шлайфане и нарязване са точно стъпките с-добавена стойност, необходими за трансформиране на стандартна вафла в тънка, готова-за-обработка междинен субстрат или за изолиране на деликатни опаковки.
Нашият опит в работата с ултра{0}}тънки вафли и разбирането на свързаните с тях предизвикателства предоставя безценна подкрепа на инженерите по опаковките.
Като предлагаме както специализираните субстрати, така и услугите за прецизна обработка, ние действаме като-точков доставчик на решения, намалявайки сложността на веригата за доставки и риска за нашите партньори в областта на модерните опаковки.
Заключение: Новият център на тежестта
В ерата на хетерогенната интеграция пакетът е системата и силиконът в него -като активен чиплет и пасивен междинен елемент-е по-жизнен от всякога. Сложността на TSVs, изтъняването на пластините и 3D подреждането издигна науката за материалите и прецизното производство до централно място. Успехът в тази нова парадигма изисква задълбочено сътрудничество по цялата верига на доставки, като се започне от партньор за субстрат, който разбира, че пластината вече не е просто платно за транзистори, а неразделен, три-измерен компонент на крайната система-в{-самия пакет.
