טרמינולוגיה בסיסית לאריזה מתקדמת

אריזה מתקדמת היא אחת מנקודות השיא הטכנולוגיות של עידן 'יותר ממור'.ככל שהשבבים הופכים ליותר ויותר קשה ויקרים למזעור בכל צומת תהליך, מהנדסים מכניסים מספר שבבים לחבילות מתקדמות כך שהם לא צריכים עוד להתאמץ כדי לכווץ אותם.מאמר זה מספק מבוא קצר ל-10 מהמונחים הנפוצים ביותר המשמשים בטכנולוגיית אריזה מתקדמת.

חבילות 2.5D

חבילת ה-2.5D היא התקדמות של טכנולוגיית אריזת IC 2D מסורתית, המאפשרת ניצול קו וחלל עדין יותר.בחבילה 2.5D, קוביות חשופות מוערמות או מונחות זו לצד זו על גבי שכבת אינטרפוזיציה עם סיליקון דרך vias (TSVs).הבסיס, או שכבת האינטרפוזיציה, מספקת קישוריות בין השבבים.

חבילת ה-2.5D משמשת בדרך כלל עבור ASICs, FPGAs, GPUs וקוביות זיכרון מתקדמים.בשנת 2008 ראתה Xilinx חילקה את רכיבי ה-FPGA הגדולים שלה לארבעה שבבים קטנים יותר עם תפוקות גבוהות יותר ומחברת אותם לשכבת הסיליקון המשבצת.כך נולדו חבילות 2.5D ולבסוף הפכו לשימוש נרחב עבור שילוב מעבדי זיכרון רוחב פס גבוה (HBM).

תרשים של חבילת 2.5D

אריזה תלת מימדית

בחבילת IC תלת-ממדית, קוביות לוגיות מוערמות יחד או עם קוביות אחסון, מה שמבטל את הצורך לבנות מערכת-על-שבבים (SoCs) גדולים.הקוביות מחוברות זו לזו על ידי שכבת interposer פעילה, בעוד חבילות 2.5D IC משתמשות בבליטות מוליכות או TSVs כדי לערום רכיבים על שכבת interposer, חבילות IC 3D מחברות שכבות מרובות של פרוסות סיליקון לרכיבים באמצעות TSVs.

טכנולוגיית TSV היא הטכנולוגיה המאפשרת העיקרית בחבילות 2.5D וגם 3D IC, ותעשיית המוליכים למחצה משתמשת בטכנולוגיית HBM לייצור שבבי DRAM בחבילות IC 3D.

תצוגת חתך של חבילת התלת מימד מראה שהחיבור האנכי בין שבבי סיליקון מושג באמצעות TSV נחושת מתכתי.

צ'יפלט

Chiplets הם צורה נוספת של אריזת IC 3D המאפשרת שילוב הטרוגני של CMOS ורכיבים שאינם CMOS.במילים אחרות, הם SoCs קטנים יותר, הנקראים גם chiplets, ולא SoCs גדולים בחבילה.

פירוק SoC גדול לשבבים קטנים וקטנים יותר מציע תשואות גבוהות יותר ועלויות נמוכות יותר מאשר קובייה אחת חשופה.chiplets מאפשרים למעצבים לנצל מגוון רחב של IP ללא צורך לשקול באיזה צומת תהליך להשתמש ואיזו טכנולוגיה להשתמש כדי לייצר אותו.הם יכולים להשתמש במגוון רחב של חומרים, כולל סיליקון, זכוכית ולמינציה כדי לייצר את השבב.

מערכות מבוססות Chiplets מורכבות ממספר Chiplets בשכבת ביניים

חבילות מאוורר

בחבילת Fan Out, ה"חיבור" מאוורר מעל פני השבב כדי לספק יותר קלט/פלט חיצוני.הוא משתמש בחומר יציקת אפוקסי (EMC) המוטבע במלואו בתבנית, ומבטל את הצורך בתהליכים כגון חבטות פרוסות, שטף, הרכבה על שבב, ניקוי, ריסוס תחתית ואשפרה.לכן, גם לא נדרשת שכבת ביניים, מה שהופך את האינטגרציה הטרוגנית להרבה יותר קלה.

טכנולוגיית Fan-out מציעה חבילה קטנה יותר עם יותר I/O מאשר סוגי חבילות אחרות, ובשנת 2016 היא הייתה כוכבת הטכנולוגיה כאשר אפל הצליחה להשתמש בטכנולוגיית האריזה של TSMC כדי לשלב את מעבד היישומים שלה 16nm ו-DRAM נייד בחבילה אחת לאייפון 7.

אריזת מאוורר

אריזה ברמת רקיק מאוורר (FOWLP)

טכנולוגיית FOWLP היא שיפור באריזה ברמת רקיק (WLP) המספקת יותר חיבורים חיצוניים לשבבי סיליקון.זה כרוך בהטמעת השבב בחומר אפוקסי ואז בניית שכבת חלוקה מחדש בצפיפות גבוהה (RDL) על משטח הפרוסה ויישום כדורי הלחמה ליצירת רקיק משוחזר.

FOWLP מספק מספר רב של חיבורים בין החבילה ללוח היישום, ומכיוון שהמצע גדול יותר מהקובייה, גובה התבנית הוא למעשה רגוע יותר.

דוגמה לחבילת FOWLP

אינטגרציה הטרוגנית

השילוב של רכיבים שונים המיוצרים בנפרד לתוך מכלולים ברמה גבוהה יותר יכול לשפר את הפונקציונליות ולשפר את מאפייני ההפעלה, כך שיצרני רכיבי מוליכים למחצה מסוגלים לשלב רכיבים פונקציונליים עם זרימות תהליכים שונות למכלול אחד.

אינטגרציה הטרוגנית דומה למערכת-ב-Package (SiP), אך במקום לשלב מספר מתים חשופים על מצע אחד, הוא משלב מספר IPs בצורה של Chiplets על מצע יחיד.הרעיון הבסיסי של אינטגרציה הטרוגנית הוא שילוב של מספר רכיבים עם פונקציות שונות באותה חבילה.

כמה אבני בניין טכניות באינטגרציה הטרוגנית

HBM

HBM היא טכנולוגיית אחסון מחסנית סטנדרטית המספקת ערוצי רוחב פס גבוה עבור נתונים בתוך מחסנית ובין זיכרון ורכיבים לוגיים.חבילות HBM עורמות קוביות זיכרון ומחברות אותן יחד באמצעות TSV כדי ליצור יותר I/O ורוחב פס.

HBM הוא תקן JEDEC המשלב אנכית מספר שכבות של רכיבי DRAM בתוך חבילה, יחד עם מעבדי יישומים, GPUs ו-SoCs.HBM מיושמת בעיקר כחבילת 2.5D עבור שרתים ושבבי רשת מתקדמים.מהדורת HBM2 מתייחסת כעת למגבלות הקיבולת וקצב השעון של מהדורת ה-HBM הראשונית.

חבילות HBM

שכבת ביניים

שכבת האינטרפוזיציה היא הצינור שדרכו מועברים האותות החשמליים מהלוח החשוף מרובה שבבים בחבילה.זהו הממשק החשמלי בין השקעים או המחברים, המאפשר להפיץ את האותות רחוק יותר ולהתחבר גם לשקעים אחרים בלוח.

שכבת האינטרפוזר יכולה להיות עשויה מסיליקון וחומרים אורגניים ומשמשת כגשר בין התבנית מרובת המות והלוח.שכבות משולבות סיליקון הן טכנולוגיה מוכחת עם צפיפות קלט/פלט עדינה גבוהה ויכולות יצירת TSV וממלאות תפקיד מפתח באריזת שבבי 2.5D ותלת מימד.

יישום אופייני של שכבת ביניים מחולקת למערכת

שכבת חלוקה מחדש

שכבת החלוקה מחדש מכילה את חיבורי הנחושת או היישורים המאפשרים את החיבורים החשמליים בין חלקי החבילה השונים.זוהי שכבה של חומר דיאלקטרי מתכתי או פולימרי שניתן לערום באריזה עם תבנית חשופה, ובכך להקטין את מרווח ה-I/O של ערכות שבבים גדולות.שכבות חלוקה מחדש הפכו לחלק בלתי נפרד מפתרונות חבילות 2.5D ותלת מימד, מה שמאפשר לשבבים שעליהם לתקשר זה עם זה באמצעות שכבות ביניים.

חבילות משולבות באמצעות שכבות חלוקה מחדש

TSV

TSV היא טכנולוגיית יישום מפתח עבור פתרונות אריזה ב-2.5D ותלת-ממד והיא רקיק מלא נחושת המספק חיבור אנכי דרך תבנית פרוסת הסיליקון.הוא עובר דרך כל התבנית כדי לספק חיבור חשמלי, ויוצר את הדרך הקצרה ביותר מצד אחד של התבנית לצד השני.

חורים או דרך נחרטים לעומק מסוים מהצד הקדמי של הפרוסה, אשר לאחר מכן מבודד וממולא על ידי הפקדת חומר מוליך (בדרך כלל נחושת).לאחר שהשבב מפוברק, הוא מדולל מהצד האחורי של הפרוסה כדי לחשוף את הצינורות ואת המתכת המופקדת בצד האחורי של הפרוסה כדי להשלים את חיבור ה-TSV.