Введение: Сдвиг парадигмы от монолитного к модульному
Традиционный путь интеграции большего количества функций в один-кремниевый кристалл меньшего размера (закон Мура) становится непомерно дорогим и технически сложным для многих приложений. Ответ отрасли — гетерогенная интеграция (HI): сборка нескольких специализированных микросхем,-оптимизированных для логики, памяти, аналоговых, радиочастотных или фотонных устройств-, в тесно связанный пакет-уровня системы. Этот подход «Больше, чем Мур» обеспечивает превосходную производительность, гибкость и сокращение-времени-выхода на рынок. В основе этой революции лежит скромный, но сложный компонент: кремниевый интерпозер и процессы упаковки на уровне пластины-(WLP), которые делают все это возможным.
Глава 1. Кремниевый интерпозер: нервная система системы
Промежуточный преобразователь — это пассивная кремниевая подложка, которая находится между основанием корпуса и сложенными друг в друга чипсетами. Это не сам чип устройства, а «электронная плата» высокой-плотности на кремнии.
- Функция: его основная роль заключается в обеспечении тысяч сверх-тонких электрических путей между размещенными на нем чиплетами. Это достигается за счет сети микро-выступов на его поверхности и сквозных-кремниевых переходных отверстий (TSV)-вертикальных медных проводов, которые полностью проходят через кремниевую промежуточную пластину, соединяя верхнюю и нижнюю стороны.
- Почему кремний? Стеклянные или органические подложки не могут сравниться с преимуществами кремния:
- Соответствие CTE: коэффициент теплового расширения (CTE) идеально соответствует коэффициенту теплового расширения кремниевых чипсетов, предотвращая механическое воздействие и отказ во время температурных циклов.
- Ультра-тонкая разводка: полупроводниковая литография позволяет добиться микронной-плотности проводки, намного превосходящей любую органическую подложку, обеспечивая масштабную взаимосвязь, необходимую, скажем, для подключения графического процессора к нескольким стопкам памяти с высокой-пропускной способностью (HBM).
- Теплопроводность: кремний эффективно распределяет тепло от мощных вычислительных чипсетов.
Глава 2. Производственные задачи: от пластины к переходнику
Создание безупречного интерпозера доводит обработку и обработку пластин до предела:
- Начальная пластина: требуется кремний с высоким-удельным сопротивлением, чтобы минимизировать потери сигнала на высоких частотах. Он также должен иметь превосходную кристаллографическую однородность для точного травления TSV.
- Формирование TSV: это основная задача. Глубокие узкие отверстия протравливаются по всей пластине (или большей ее части) с помощью передового метода глубокого реактивного -ионного травления (DRIE). Эти отверстия затем покрываются изолятором, барьерным слоем и заполняются медью.
- Утончение пластины. После обработки передней-стороны пластину необходимо утоньшить сзади (часто до 100 мкм или меньше), чтобы открыть нижнюю часть TSV для соединения. Этот процесс обратного-шлифования требует предельной точности, чтобы избежать деформации пластины, растрескивания или возникновения напряжения, которое ухудшает производительность устройства. Последующая полировка (снятие напряжений) имеет решающее значение.
- Временное склеивание/отсоединение-склеивания. Хрупкая тонкая пластина временно прикрепляется к жесткому стеклу-основе с помощью специального клея для поддержки во время обращения и-обработки обратной стороны, а затем отклеивается-в конце-этой деликатной операции.
Глава 3. Экосистема: упаковка и сборка-уровня пластины
Промежуточный элемент – это платформа, а пакет-уровневого уровня (WLP) – это набор методов, с помощью которых создается конечная система:
- Упаковка с вентилятором-Out Wafer-Level (FO-WLP): чиплеты помещаются на временный носитель, а вокруг них наносится эпоксидный компаунд для формования "восстановленной пластины". Затем сверху изготавливаются слои перераспределения (RDL) из тонкопленочного металла, чтобы разветвить соединения с большим шагом, устраняя необходимость в традиционной подложке или промежуточном элементе для менее плотных применений. Это экономически-эффективное решение для мобильных процессоров и радиочастотных модулей.
- 2.5D-интеграция: классический подход, основанный на-интерпозере. Несколько чиплетов размещаются рядом--рядом на пассивном кремниевом переходнике, содержащем TSV. Это стандарт интеграции процессоров/графических процессоров с памятью HBM.
- Интеграция 3D-интегральных схем: выводит штабелирование на новый уровень за счет соединения микросхем непосредственно друг с другом с помощью микро-выступов или гибридного соединения (прямое соединение меди-к-меди). Это обеспечивает высочайшую плотность межсоединений и кратчайшие возможные пути, что имеет решающее значение для будущих ускорителей искусственного интеллекта. Это требует еще более совершенных услуг по утончению и склеиванию пластин.
Глава 4: Стратегический императив для литейных предприятий и OSAT
Для предприятий по производству полупроводников и компаний, занимающихся сборкой и тестированием полупроводников (OSAT), освоение технологии интерпозера и WLP является конкурентной необходимостью. Это требует вертикально интегрированного понимания материалов, процессов и термических-механических напряжений. Их успех зависит от надежной цепочки поставок специализированных исходных материалов:
- Сверхтонкие-пластины с небольшим изменением толщины (TTV) для утончения.
- Кремниевые пластины с высоким-омическим сопротивлением для переходников с низкими-потерями.
- Пластины высочайшего-качества с безупречной поверхностью для литографии RDL с мелким-шагом.
- Услуги точной нарезки кубиками для разделения этих сложных тонких упаковок без повреждений.
Партнер революции упаковки
Компании, совершающие революцию в сфере HI, не могут позволить себе несоответствия в своих основных материалах. Компания «Сибранч Микроэлектроника» играет важную роль в этой экосистеме. Наши возможности напрямую решают проблемы современной упаковки:
Мы поставляем сверх-плоские кремниевые пластины с высоким- удельным сопротивлением, которые идеально подходят для изготовления переходников.
Наши услуги по обратному-шлифованию и нарезке кубиками — это именно те дополнительные-этапы, которые необходимы для превращения стандартной пластины в тонкую, готовую-для-обработки промежуточной подложки или для разделения хрупких упаковок.
Наш опыт работы со сверх-тонкими пластинами и понимание связанных с этим проблем оказывают неоценимую поддержку инженерам по упаковке.
Предлагая как специализированные подложки, так и услуги точной обработки, мы выступаем в качестве единого-поставщика решений, снижая сложность цепочки поставок и риски для наших партнеров в области современной упаковки.
Заключение: новый центр гравитации
В эпоху гетерогенной интеграции пакет является системой, и кремний внутри него-как активный чиплет, так и пассивный промежуточный элемент- важен, как никогда. Сложности TSV, утонения пластин и 3D-укладки выдвинули материаловедение и точное производство на центральное место. Успех в этой новой парадигме требует тесного сотрудничества по всей цепочке поставок, начиная с партнера по подложке, который понимает, что пластина больше не является просто холстом для транзисторов, а является неотъемлемым-компонентом конечной системы-в-самом корпусе.
