Ειδήσεις

Το αυξανόμενο κόστος και η πολυπλοκότητα να αναπτυχθούν πελεκούν τους το περισσότερο προηγμένους κόμβους αναγκάζουν πολλά chipmakers για να αρχίσουν εκείνο το τσιπ στα πολλαπλάσια μέρη, όχι που απαιτούν τους κόμβους αιχμής. Η πρόκληση είναι πώς να βάλει εκείνα τα αποσυντεθειμένα κομμάτια πίσω από κοινού.

Όταν ένα πολυσύνθετο σύστημα ενσωματώνεται monolithically — σε ένα μονό κομμάτι του πυριτίου — το τελικό προϊόν είναι ένας συμβιβασμός μεταξύ των θερμικών περιορισμών προϋπολογισμών των συστατικών συσκευών.

το τρισδιάστατο NAND χρειάζεται το υψηλής θερμοκρασίας πολυπυρίτιο, παραδείγματος χάριν, αλλά οι θερμοκρασίες που απαιτούνται υποβιβάζουν την απόδοση της λογικής CMOS.

Η μνήμη και η λογική αποσύνθεσης στις χωριστές γκοφρέτες επιτρέπουν στους κατασκευαστές για να βελτιστοποιήσουν κάθε τεχνολογία ανεξάρτητα. Η ετερογενής ολοκλήρωση γίνεται ελκυστικότερη ως αισθητήρες, πομποδέκτες, και άλλα στοιχεία μη-CMOS προστίθενται στο μίγμα.

Το πρόβλημα είναι πώς να συνδέσει όλα τα κομμάτια. Η μονολιθική ολοκλήρωση εξαρτάται από τις καθιερωμένες διαδικασίες επιμετάλλωσης μέρος--γραμμών (BEOL). Όταν τα συστατικά συσκευάζονται χωριστά, οι κατασκευαστές γυρίζουν στις σειρές πλέγματος σφαιρών και τα παρόμοια σχέδια. Αλλά όταν δύο ή περισσότεροι κύβοι συγκεντρώνονται σε μια ενιαία συσκευασία, οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για να τους συνδέσουν βρίσκονται σε μια κακώς καθορισμένη μέση λύση μεταξύ των δύο.

Πολλά σχέδια σύστημα--συσκευασίας στηρίζονται στις συνδέσεις ύλης συγκολλήσεως. Η θέση εργαλείων επιλογή-και-θέσεων προ-που χτυπήθηκε οι κύβοι σε ένα interposer ή άμεσα σε μια γκοφρέτα προορισμού. Οι φούρνοι επανακυκλοφορίας ολοκληρώνουν τους δεσμούς ύλης συγκολλήσεως σε ένα ενιαίο βήμα υψηλός-ρυθμοαπόδοσης. Το μαλακότερο υλικό ύλης συγκολλήσεως χρησιμεύει ως ένα υποχωρητικό στρώμα, επίσης, λειαίνοντας έξω τις παραλλαγές ύψους που ειδάλλως να υποβιβάσουν την ποιότητα δεσμών.

Δυστυχώς, η ύλη συγκολλήσεως-βασισμένη στο τεχνολογία δεν ξελεπιάζει στις πολύ συνδέσεις υψηλής πυκνότητας που οι αισθητήρες εικόνας, η υψηλή μνήμη εύρους ζώνης, και οι παρόμοιες εφαρμογές απαιτούν. Η συνδέοντας διαδικασία ισιώνει και συμπιέζει τις προσκρούσεις ύλης συγκολλήσεως, έτσι το τελευταίο ίχνος του δεσμού είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από την πίσσα προσκρούσεων. Όπως εκείνη την πίσσα πηγαίνει κάτω, απλά δεν υπάρχει χώρος για αρκετή ύλη συγκολλήσεως για να κάνει μια γερή σύνδεση. Στην εργασία που παρουσιάστηκε στη διεθνή γκοφρέτα-ισόπεδη συσκευάζοντας διάσκεψη του 2019, Guilian Γκάο και οι συνάδελφοι σε Xperi υπολόγισαν ότι η ελάχιστη βιώσιμη πίσσα για την ύλη συγκολλήσεως-βασισμένη στον ολοκλήρωση είναι περίπου 40 μικρά.

Οι ενώσεις ύλης συγκολλήσεως $cu-Sn περιορίζονται περαιτέρω από τις φτωχές μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες συμβάλλουν στις ρωγμές, τις αποτυχίες κούρασης, και electromigration. Η βιομηχανία επιδιώκει μια εναλλακτική στερεάς κατάστασης συνδέοντας τεχνολογία για να διευκολύνει το περαιτέρω ξελέπιασμα πισσών, αλλά πολλές διαδικασίες δεν μπορούν να ταιριάξουν με τη υψηλή ταχύτητα, το χαμηλότερο κόστος, και την ευελιξία της σύνδεσης ύλης συγκολλήσεως.

Παραδείγματος χάριν, ο, τιδήποτε συνδέοντας σχέδιο επιλέγεται πρέπει να είναι σε θέση να προσαρμόσει τις παραλλαγές ύψους στα μαξιλάρια και τα interposers δεσμών. Η θερμοκρασία διαδικασίας πρέπει επίσης να είναι αρκετά χαμηλή να προστατεύσει όλα τα συστατικά του σωρού συσκευών. Όταν τα σχέδια συσκευασίας περιλαμβάνουν τα πολλαπλάσια στρώματα των interposers και των συνημμένων τσιπ, το στρώμα βάσεων αντιμετωπίζει ειδικά τις προκλητικές θερμικές απαιτήσεις. Κάθε στρώμα επάνω από τη βάση μπορεί να απαιτήσει ένα χωριστό συνδέοντας βήμα.

Μια προτεινόμενη εναλλακτική λύση, άμεση σύνδεση χαλκός-χαλκού, έχει το πλεονέκτημα της απλότητας. Χωρίς το επεμβαίνοντας στρώμα, η θερμοκρασία και η πίεση λιώνουν τα μαξιλάρια κορυφών και κατώτατων σημείων σε ένα μονό κομμάτι του μετάλλου, κάνοντας την ισχυρότερη πιθανή σύνδεση. Αυτή είναι η ιδέα πίσω από thermocompression τη σύνδεση. Οι στυλοβάτες χαλκού σε έναν κύβο ταιριάζουν με τα μαξιλάρια σε έναν δεύτερο κύβο. Η θερμότητα και η πίεση οδηγούν τη διάχυση πέρα από τη διεπαφή για να κάνουν έναν μόνιμο δεσμό. Οι χαρακτηριστικές θερμοκρασίες στη σειρά 300 ºC μαλακώνουν το χαλκό, επιτρέποντας στις δύο επιφάνειες για να προσαρμοστούν ο ένας στον άλλο. Thermocompression η σύνδεση μπορεί να πάρει 15 έως 60 λεπτά, εν τούτοις, και απαιτεί έναν ελεγχόμενης ατμόσφαιρας για να αποτρέψει την οξείδωση χαλκού.

Καθαρό ραβδί επιφανειών από κοινού
Μια στενά συνδεδεμένη τεχνική, υβριδική σύνδεση, προσπαθεί να αποτρέψει την οξείδωση με την ενσωμάτωση του μετάλλου σε ένα διηλεκτρικό στρώμα. Στο damascene μια διαδικασία ενθυμίζουσα της γκοφρέτας διασυνδέει την επιμετάλλωση, ο ηλεκτρολυτικός χαλκός συμπληρώνει τις τρύπες που κόβονται στο διηλεκτρικό. CMP αφαιρεί τον υπερβολικό χαλκό, αφήνοντας τα μαξιλάρια δεσμών που τοποθετούνται σχετικά με το διηλεκτρικό. Η τοποθέτηση των δύο διηλεκτρικών επιφανειών δημιουργεί σε επαφή έναν προσωρινό δεσμό.

Στην εργασία που παρουσιάστηκε στα IEEE του 2019 ηλεκτρονικά τμήματα και τη διάσκεψη τεχνολογίας, οι ερευνητές σε Leti κατέδειξαν τη χρήση μιας πτώσης νερού για να διευκολύνουν την ευθυγράμμιση. Η ομάδα Xperi εξήγησε ότι αυτός ο δεσμός είναι αρκετά ισχυρός να επιτρέψει στους κατασκευαστές για να συγκεντρώσει έναν πλήρη σωρό πολυ-τσιπ.

Ο διηλεκτρικός δεσμός τοποθετεί το χαλκό, που αποτρέπει την οξείδωση και που επιτρέπει σε κάψα στο συνδέοντας εξοπλισμό για να χρησιμοποιήσει μια περιβαλλοντική ατμόσφαιρα. Για να διαμορφώσουν έναν μόνιμο δεσμό, οι κατασκευαστές γυρίζουν ανοπτούν που εκμεταλλεύεται το μεγαλύτερο συντελεστή θερμικής επέκτασης του χαλκού. Περιορισμένος από το διηλεκτρικό, ο χαλκός αναγκάζεται να επεκταθεί στην ελεύθερη επιφάνειά του, γεφυρώνοντας το χάσμα μεταξύ των δύο κύβων. Η διάχυση χαλκού διαμορφώνει έπειτα έναν μόνιμο μεταλλουργικό δεσμό. Σε έναν σύνθετο σωρό, ένας ενιαίος ανοπτεί το βήμα μπορεί να συνδέσει όλα τα συστατικά τσιπ αμέσως. Οι σχετικά χαμηλές ανοπτώντας θερμοκρασίες είναι ικανοποιητικές ελλείψει ενός εγγενούς οξειδίου ή άλλου εμποδίου.

Το ύψος των μαξιλαριών δεσμών καθορίζεται από CMP, μια ώριμη, καλά-ελεγχόμενη διαδικασία. Για όλους αυτούς τους λόγους, η υβριδική σύνδεση γκοφρέτα--γκοφρετών έχει χρησιμοποιηθεί στις εφαρμογές όπως τους αισθητήρες εικόνας για αρκετά έτη. Οι συνδέοντας εφαρμογές γκοφρέτα--γκοφρετών απαιτούν την ευθυγράμμιση μαξιλαριών μεταξύ των γκοφρετών και εξαρτώνται από τις υψηλές παραγωγές συσκευών για να ελαχιστοποιήσουν τις απώλειες. Οι ελαττωματικοί κύβοι στις δύο γκοφρέτες είναι απίθανο να παρατάξουν, έτσι μια ατέλεια σε μια γκοφρέτα μπορεί να προκαλέσει την απώλεια ενός αντίστοιχου καλού τσιπ στην αντιστοιχημένη γκοφρέτα.

Η κύβος--γκοφρέτα και κύβος-στην υβριδική σύνδεση μπορεί ενδεχομένως να ανοίξει ένα μεγαλύτερο διάστημα εφαρμογής, που επιτρέπει τα σύνθετα ετερογενή συστήματα σε μια ενιαία συσκευασία. Εντούτοις, αυτές οι εφαρμογές απαιτούν επίσης τις πιό σύνθετες ροές διαδικασίας. Ενώ οι διαδικασίες γκοφρέτα--γκοφρετών και κύβος--γκοφρετών (ή interposer) τοποθετούν τις παρόμοιες απαιτήσεις στο βήμα CMP και ο ίδιος στο δεσμό, ο χειρισμός τα τσιπ μετα-CMP είναι πιό προκλητικός. Η γραμμή κατασκευής πρέπει να είναι σε θέση να ελέγξει τα μόρια που παράγονται από το εγγενώς ακατάστατο βήμα singulation, αποφεύγοντας τα κενά και άλλες συνδέοντας ατέλειες. Από τη Katherine Derbyshire.