Вступ: Зміна парадигми від монолітного до модульного
Традиційний шлях інтеграції більшої кількості функцій в один-менший кремнієвий кристал (закон Мура) стає надзвичайно дорогим і технічно складним для багатьох програм. Відповіддю галузі є гетерогенна інтеграція (HI): збирання кількох спеціалізованих чіплетів,-оптимізованих для логіки, пам’яті, аналогової, радіочастотної чи фотоніки-у тісно пов’язаний пакет-системного рівня. Цей підхід «Більше, ніж Мур» забезпечує чудову продуктивність, гнучкість і час-виходу-на ринок. В основі цієї революції лежить скромний, але складний компонент: кремнієвий проміжний елемент і процеси wafer-level packaging (WLP), які роблять усе це можливим.
Розділ 1: Кремнієвий інтерпозер: нервова система системи
Проміжний елемент — це пасивна кремнієва підкладка, яка розташовується між основою упаковки та складеними чіплетами. Це не сам чіп пристрою, а "електронна плата" високої-щільності на кремнії.
- Функція: його головна роль — забезпечити тисячі над-тонких електричних шляхів між мікросхемами, розміщеними на ньому. Це досягається за допомогою мережі мікро-виступів на його поверхні та через-Кремнієві отвори (TSV)-вертикальні мідні дроти, які повністю проходять через кремнієву проміжну пластину, з’єднуючи верхню та нижню сторони.
- Чому кремній? Скляні або органічні підкладки не можуть зрівнятися з перевагами кремнію:
- Відповідність CTE: його коефіцієнт теплового розширення (CTE) ідеально відповідає коефіцієнту теплового розширення кремнієвих чіплетів, запобігаючи механічним навантаженням і поломкам під час температурних циклів.
- Ультра-тонка проводка: напівпровідникова літографія забезпечує щільність проводки в мікрон-масштабі, що значно перевищує будь-яку органічну підкладку, уможливлюючи масивні взаємозв’язки, необхідні, скажімо, для підключення графічного процесора до кількох стеків пам’яті з високою-пропускною здатністю (HBM).
- Теплопровідність: Кремній ефективно розподіляє тепло від потужних обчислювальних мікросхем.
Глава 2: Складність виробництва: від пластини до інтерпозера
Виробництво бездоганного проміжного елемента розширює обробку та обробку пластин до меж:
- Запуск пластини: потрібен високо{0}}кремній для мінімізації втрат сигналу на високих частотах. Він також повинен мати відмінну кристалографічну однорідність для точного травлення TSV.
- Формування TSV: це головний виклик. Глибокі вузькі отвори протравлюються через всю пластину (або її більшу частину) за допомогою вдосконаленого глибокого реактивного{1}}іонного травлення (DRIE). Потім ці отвори обшивають ізолятором, бар’єрним шаром і заповнюють міддю.
- Розрідження пластини: після-обробки передньої сторони пластину потрібно розрідити із зворотного боку (часто до 100 мкм або менше), щоб відкрити нижню частину TSV для з’єднання. Цей-процес зворотного шліфування вимагає надзвичайної точності, щоб уникнути деформації пластини, розтріскування або спричинення напруги, що погіршує продуктивність пристрою. Подальше полірування (зняття напруги) є критичним.
- Тимчасове приклеювання/від’єднання: тендітну тонку пластину тимчасово прикріплюють до твердого несучого скла за допомогою спеціального адгезиву для підтримки під час транспортування й обробки зворотного-боку, а потім від’єднують-на кінці-делікатну операцію.
Розділ 3: Екосистема: Упаковка-вафельного рівня та збірка
Проміжний пристрій — це платформа, але Wafer-Level Packaging (WLP) — це набір методів, які створюють остаточну систему:
- Упаковка рівня-Wafer-Fan-Out (FO-WLP): мікросхеми поміщаються на тимчасовий носій, а навколо них наноситься епоксидна суміш для формування «відновленої пластини». Потім зверху виготовляються шари перерозподілу (RDL) із тонко{4}}плівкового металу, щоб розширити з’єднання з більшим кроком, усуваючи потребу в традиційній підкладці або проміжному елементі для менш щільних застосувань. Це рентабельне-рішення для мобільних процесорів і радіочастотних модулів.
- 2.5D інтеграція: класичний підхід,-на основі інтерпозера. Кілька чіплетів розміщено поруч--на пасивному кремнієвому інтерпозері, що містить TSV. Це стандарт для інтеграції центральних/графічних процесорів із пам’яттю HBM.
- Інтеграція 3D IC: виводить стекування на новий рівень, склеюючи чіплети безпосередньо один на одному за допомогою мікро-виступів або гібридного з’єднання (пряме з’єднання міді-до-міді). Завдяки цьому досягається найвища щільність з’єднань і найкоротші можливі шляхи, що має вирішальне значення для майбутніх прискорювачів ШІ. Це вимагає ще більш досконалих послуг по тоншенню та склеюванню пластин.
Розділ 4: Стратегічний імператив для ливарних заводів і OSAT
Для напівпровідникових ливарних заводів і компаній, що займаються аутсорсингом зборки та тестування напівпровідників (OSAT), освоєння інтерпозера та технології WLP є конкурентною необхідністю. Це вимагає вертикально інтегрованого розуміння матеріалів, процесів і термічної-механічної напруги. Їхній успіх залежить від надійного ланцюжка постачання спеціалізованих вихідних матеріалів:
- Ультра{0}}тонкі пластини з жорстким варіюванням товщини (TTV) для розрідження.
- Кремнієві пластини з високим-питомим опором для проміжних панелей-з низькими втратами.
- Пластини-вищої якості з бездоганною поверхнею для літографії RDL із дрібним{1}}кроком.
- Послуги точного нарізання кубиками для розділення цих складних тонких пакетів без пошкоджень.
Партнер революції в упаковці
Компанії, які ведуть HI-революцію, не можуть дозволити собі невідповідності у своїх базових матеріалах. Sibranch Microelectronics відіграє важливу роль у цій екосистемі. Наші можливості безпосередньо вирішують проблеми передового пакування:
Ми постачаємо над-плоскі кремнієві пластини з високим-питомим опором, які ідеально підходять для виготовлення інтерпозицій.
Наші послуги із шліфування та нарізання пластин — це саме той етап, який-потрібний для перетворення стандартної вафлі на тонку, готову-до-обробки проміжну підкладку або розділення делікатних упаковок.
Наш досвід роботи з ультра-пластинками та розуміння пов’язаних із цим труднощів є неоціненною підтримкою для інженерів із упаковки.
Пропонуючи як спеціалізовані підкладки, так і послуги з точної обробки, ми виступаємо як єдиний-постачальник рішень, зменшуючи складність ланцюжка поставок і ризики для наших партнерів у сфері вдосконаленого пакування.
Висновок: новий центр тяжіння
В еру гетерогенної інтеграції пакет є системою, а кремній у ньому-як активний чіплет і пасивний проміжний елемент-важливий, ніж будь-коли. Складність TSV, розрідження пластин і тривимірного укладання підняли матеріалознавство та точне виробництво на центральне місце. Успіх у цій новій парадигмі потребує глибокої співпраці в усьому ланцюжку постачання, починаючи з партнера по підкладці, який розуміє, що пластина більше не є просто полотном для транзисторів, а невід’ємним, тривимірним компонентом{-кінцевої системи-в{-самій упаковці.
