Giới thiệu: Sự chuyển đổi mô hình từ nguyên khối sang mô-đun
Con đường truyền thống là tích hợp nhiều chức năng hơn vào một khuôn silicon duy nhất,-nhỏ hơn bao giờ hết (Định luật Moore) đang trở nên cực kỳ tốn kém và thách thức về mặt kỹ thuật đối với nhiều ứng dụng. Câu trả lời của ngành là Tích hợp không đồng nhất (HI): tập hợp nhiều chiplet chuyên dụng-được tối ưu hóa cho logic, bộ nhớ, analog, RF hoặc quang tử-thành một gói cấp hệ thống-được liên kết chặt chẽ. Cách tiếp cận "Hơn cả Moore" này mang lại hiệu suất, tính linh hoạt và thời gian-tiếp cận-thị trường vượt trội. Trọng tâm của cuộc cách mạng này là một thành phần khiêm tốn nhưng phức tạp: bộ chuyển đổi silicon và các quy trình đóng gói cấp độ wafer (WLP) giúp biến tất cả những điều đó thành hiện thực.
Chương 1: Bộ chuyển đổi silicon: Hệ thần kinh của hệ thống
Bộ đệm là một chất nền silicon thụ động nằm giữa đế gói và các chiplet xếp chồng lên nhau. Bản thân nó không phải là một con chip thiết bị mà là một "bảng mạch điện tử" mật độ cao- trên silicon.
- Chức năng: Vai trò chính của nó là cung cấp hàng nghìn đường dẫn điện cực tốt giữa các chiplet được đặt trên đó. Điều này đạt được thông qua một mạng lưới các-các va chạm siêu nhỏ trên bề mặt của nó và các dây đồng dọc-Silicon Vias (TSV)-đi qua hoàn toàn qua tấm bán dẫn xen kẽ silicon, kết nối các mặt trên và dưới.
- Tại sao lại là Silicon? Chất nền thủy tinh hoặc hữu cơ không thể sánh được với những ưu điểm của silicon:
- Phù hợp CTE: Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của nó hoàn toàn phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt của chiplet silicon, ngăn ngừa ứng suất cơ học và hư hỏng trong chu kỳ nhiệt độ.
- Đi dây siêu{0}}mịn: Kỹ thuật in thạch bản bán dẫn cho phép mật độ đi dây ở quy mô micron-, vượt xa bất kỳ chất nền hữu cơ nào, cho phép khả năng kết nối lớn cần thiết, chẳng hạn như kết nối GPU với nhiều ngăn Bộ nhớ băng thông-cao (HBM).
- Độ dẫn nhiệt: Silicon truyền nhiệt hiệu quả từ các chiplet điện toán mạnh mẽ.
Chương 2: Thử thách sản xuất: Từ wafer đến Interposer
Việc tạo ra bộ chuyển tiếp hoàn hảo sẽ đẩy quá trình xử lý và xử lý tấm bán dẫn đến giới hạn của nó:
- Tấm wafer khởi động: Yêu cầu silicon có điện trở suất-cao để giảm thiểu tình trạng mất tín hiệu ở tần số cao. Nó cũng phải có tính đồng nhất về mặt tinh thể tuyệt vời để khắc TSV chính xác.
- Đội hình TSV: Đây là một thách thức cốt lõi. Các lỗ sâu, hẹp được khắc xuyên qua toàn bộ tấm bán dẫn (hoặc phần lớn tấm bán dẫn) bằng phương pháp khắc ion-phản ứng sâu tiên tiến (DRIE). Những lỗ này sau đó được lót bằng một lớp cách điện, lớp rào chắn và lấp đầy bằng đồng.
- Làm mỏng wafer: Sau khi xử lý-mặt trước, wafer phải được làm mỏng từ phía sau (thường ở mức 100µm trở xuống) để lộ ra phần đáy của TSV để kết nối. Quá trình mài ngược này đòi hỏi độ chính xác cực cao để tránh làm cong, nứt hoặc gây ra ứng suất làm giảm hiệu suất của thiết bị. Việc đánh bóng sau đó (giảm căng thẳng) là rất quan trọng.
- Liên kết tạm thời/Khử-liên kết: Tấm wafer mỏng, dễ vỡ được liên kết tạm thời với kính mang cứng bằng cách sử dụng chất kết dính đặc biệt để hỗ trợ trong quá trình xử lý và xử lý-mặt sau, sau đó khử-liên kết ở cuối-một thao tác tinh vi.
Chương 3: Hệ sinh thái:-Đóng gói và lắp ráp cấp wafer
Bộ chuyển tiếp là nền tảng, nhưng Đóng gói cấp độ wafer{0}}(WLP) là tập hợp các kỹ thuật xây dựng hệ thống cuối cùng:
- Đóng gói theo cấp độ quạt-Out wafer-(FO-WLP): Các chiplet được đặt trên một giá đỡ tạm thời và một hợp chất khuôn epoxy được áp dụng để tạo thành một "bánh wafer hoàn nguyên" xung quanh chúng. Sau đó, các lớp phân phối lại (RDL) của kim loại màng-mỏng được chế tạo lên trên để tạo ra các kết nối có bước độ lớn hơn, loại bỏ nhu cầu về chất nền hoặc bộ chuyển tiếp truyền thống cho các ứng dụng ít mật độ hơn. Đó là giải pháp tiết kiệm chi phí-cho bộ xử lý di động và mô-đun RF.
- Tích hợp 2.5D: Phương pháp tiếp cận dựa trên-bộ chuyển đổi cổ điển. Nhiều chiplet được đặt cạnh nhau trên bộ chuyển đổi silicon thụ động có chứa TSV. Đó là tiêu chuẩn để tích hợp CPU/GPU với bộ nhớ HBM.
- Tích hợp IC 3D: Nâng khả năng xếp chồng lên một tầm cao mới bằng cách liên kết các chiplet trực tiếp lên nhau bằng cách sử dụng các va chạm vi mô- hoặc liên kết lai (liên kết đồng-trực tiếp với-đồng). Điều này đạt được mật độ kết nối cao nhất và đường đi ngắn nhất có thể, điều này rất quan trọng đối với các chương trình tăng tốc AI trong tương lai. Nó đòi hỏi các dịch vụ làm mỏng và liên kết wafer thậm chí còn tiên tiến hơn.
Chương 4: Mệnh lệnh chiến lược cho các xưởng đúc và OSAT
Đối với các xưởng đúc bán dẫn và các công ty Thử nghiệm và lắp ráp chất bán dẫn thuê ngoài (OSAT), việc làm chủ bộ chuyển đổi và công nghệ WLP là một điều cần thiết để mang tính cạnh tranh. Nó đòi hỏi sự hiểu biết tổng hợp theo chiều dọc về vật liệu, quy trình và ứng suất cơ-nhiệt. Thành công của họ phụ thuộc vào chuỗi cung ứng đáng tin cậy cho các nguyên liệu ban đầu chuyên dụng:
- Tấm wafer siêu mỏng có độ dày thay đổi chặt chẽ (TTV) để làm mỏng.
- Tấm silicon có điện trở suất-cao dành cho bộ chuyển đổi-tổn hao thấp.
- Tấm bán dẫn có chất lượng-cao cấp với bề mặt hoàn hảo cho kỹ thuật in thạch bản RDL-có độ phân giải cao.
- Dịch vụ thái hạt lựu chính xác để xác định các gói hàng mỏng, phức tạp này mà không bị hư hỏng.
Đối tác cho cuộc cách mạng bao bì
Các công ty thúc đẩy cuộc cách mạng HI không thể chấp nhận được sự thiếu nhất quán trong vật liệu nền tảng của họ. Sibranch Microelectronics đóng vai trò là yếu tố hỗ trợ quan trọng trong hệ sinh thái này. Khả năng của chúng tôi trực tiếp giải quyết các điểm yếu của bao bì tiên tiến:
Chúng tôi cung cấp các tấm silicon siêu phẳng, có điện trở suất cao,-lý tưởng cho việc chế tạo bộ chuyển đổi.
Các dịch vụ-nghiền và thái hạt lựu của chúng tôi chính xác là các bước-có giá trị gia tăng cần thiết để biến một tấm bán dẫn tiêu chuẩn thành một tấm nền mỏng, sẵn sàng-để-xử lý hoặc để đóng gói các gói mỏng manh.
Chuyên môn của chúng tôi trong việc xử lý các tấm bán dẫn siêu mỏng và hiểu rõ những thách thức liên quan sẽ mang lại sự hỗ trợ vô giá cho các kỹ sư đóng gói.
Bằng cách cung cấp cả chất nền chuyên dụng và dịch vụ xử lý chính xác, chúng tôi đóng vai trò là nhà cung cấp giải pháp một-điểm, giảm độ phức tạp và rủi ro của chuỗi cung ứng cho các đối tác của chúng tôi trong lĩnh vực đóng gói tiên tiến.
Kết luận: Trung tâm hấp dẫn mới
Trong kỷ nguyên Tích hợp không đồng nhất, gói là hệ thống và silicon bên trong nó-với tư cách là cả chiplet chủ động và bộ xen kẽ thụ động-trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Sự phức tạp của TSV, làm mỏng wafer và xếp chồng 3D đã nâng khoa học vật liệu và sản xuất chính xác lên vị trí trung tâm. Thành công trong mô hình mới này đòi hỏi sự cộng tác sâu sắc trong toàn bộ chuỗi cung ứng, bắt đầu từ đối tác chất nền, người hiểu rằng tấm bán dẫn không còn chỉ là tấm vải cho bóng bán dẫn mà là một-thành phần ba chiều không thể thiếu của hệ thống cuối cùng-trong-gói.
