Ειδήσεις

Η ορμή χτίζει για την υβριδική σύνδεση χαλκού, μια τεχνολογία που θα μπορούσε να προετοιμάζω το έδαφος προς τη επόμενη γενιά 2.5D και τις τρισδιάστατες συσκευασίες.

Τα χυτήρια, οι προμηθευτές εξοπλισμού, οι οργανώσεις Ε&Α και άλλες αναπτύσσουν την υβριδική σύνδεση χαλκού, η οποία είναι μια διαδικασία που συσσωρεύει και συνδέει τους κύβους χρησιμοποιώντας τον χαλκός--χαλκό διασυνδέει στις προηγμένες συσκευασίες. Ακόμα στην Ε&Α, η υβριδική σύνδεση για τη συσκευασία παρέχει σε περισσότερο εύρος ζώνης τη χαμηλότερη δύναμη από τις υπάρχουσες μεθόδους και. Αλλά η υβριδική σύνδεση είναι επίσης δυσκολότερο να εφαρμοστεί. Συν, οι υπάρχουσες τεχνολογίες μπορούν να επεκταθούν περαιτέρω από το αναμενόμενο, εκδιώκοντας το σημείο εισαγωγής για την υβριδική σύνδεση.

Η υβριδική σύνδεση χαλκού δεν είναι νέα. Αρχικοί το 2016, οι προμηθευτές αισθητήρων εικόνας CMOS άρχισαν τα προϊόντα χρησιμοποιώντας μια υβριδική συνδέοντας τεχνολογία γκοφρέτα--γκοφρετών. Για αυτό, ένας προμηθευτής επεξεργάζεται μια γκοφρέτα λογικής. Κατόπιν, ο προμηθευτής επεξεργάζεται μια χωριστή γκοφρέτα με τα εικονοκύτταρα. Οι δύο γκοφρέτες συνδέονται χρησιμοποιώντας τον χαλκός--χαλκό λεπτός-πισσών διασυνδέουν. Τα μεμονωμένα τσιπ είναι χωρισμένα σε τετράγωνα στην γκοφρέτα, διαμορφώνοντας τους αισθητήρες εικόνας CMOS.

Η υβριδική σύνδεση λειτουργεί σχεδόν τον ίδιο τρόπο για την προηγμένη συσκευασία, αλλά είναι πιό περίπλοκος. Οι προμηθευτές εργάζονται σε μια διαφορετική παραλλαγή αποκαλούμενη σύνδεση κύβος--γκοφρετών, όπου συσσωρεύετε και συνδέετε τους κύβους σε ένα interposer ή άλλους κύβους. «Βλέπουμε την ισχυρή ορμή βιομηχανίας για να αναπτύξουμε την υβριδική σύνδεση κύβος--γκοφρετών,» ο εν λόγω Stephen Hiebert, ανώτερο Διευθυντής μάρκετινγκ σε KLA. Τα «βασικά οφέλη της υβριδικής σύνδεσης κύβος--γκοφρετών είναι το enablement ετερογενούς ολοκλήρωσής του των διαφορετικός-ταξινομημένων τσιπ.»

Αυτή η έκδοση παίρνει την προηγμένη συσκευασία στο επόμενο επίπεδο. Σε ένα παράδειγμα της σημερινής προηγμένης συσκευασίας, οι προμηθευτές μπορούν να ενσωματώσουν έναν σωρό πολυ-κύβων DRAM σε μια συσκευασία, και να συνδέσουν τους κύβους χρησιμοποιώντας την ύπαρξη διασυνδέουν τα σχέδια. Με την υβριδική σύνδεση, οι κύβοι DRAM συνδέονται χρησιμοποιώντας τον χαλκός--χαλκό λεπτός-πισσών διασυνδέουν, επιτρέποντας περισσότερο εύρος ζώνης. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την προηγμένη λογική στους συσσωρεύοντας μνήμης και άλλους συνδυασμούς.

«Έχει τη δυνατότητα για πολλές διαφορετικές εφαρμογές,» εν λόγω Guilian Γκάο, ένας διακεκριμένος μηχανικός σε Xperi, σε μια πρόσφατη παρουσίαση. Οι «εφαρμογές παραδείγματος περιλαμβάνουν το τρισδιάστατο DRAM, την ετερογενείς ολοκλήρωση και την αποσύνθεση τσιπ.»

Είναι μια προκλητική διαδικασία, εντούτοις. Η υβριδική σύνδεση κύβος--γκοφρετών απαιτεί τον παλιό κύβο, τον προηγμένο εξοπλισμό και τα άψογα σχέδια ολοκλήρωσης. Αλλά εάν οι προμηθευτές μπορούν να το θέσουν σε λειτουργία, η τεχνολογία θα μπορούσε να είναι μια ελκυστική επιλογή για τα προηγμένα σχέδια τσιπ.

Παραδοσιακά, για να προωθήσει ένα σχέδιο, η βιομηχανία αναπτύσσει ένα σύστημα--α-τσιπ (SOC), όπου συρρικνώνεστε τις διαφορετικές λειτουργίες σε κάθε κόμβο και τις συσκευάζετε επάνω σε έναν μονολιθικό κύβο. Αλλά αυτή η προσέγγιση γίνεται πιό σύνθετη και ακριβή σε κάθε κόμβο. Ενώ μερικοί θα συνεχίσουν να ακολουθούν αυτήν την πορεία, πολλοί ψάχνουν τις εναλλακτικές λύσεις. Ένας τρόπος να αποκτηθούν τα οφέλη είναι να συγκεντρωθούν τα σύνθετα τσιπ σε μια παραδοσιακή προηγμένη συσκευασία. Η προηγμένη συσκευασία χρησιμοποιώντας την υβριδική σύνδεση είναι ακόμα μια επιλογή.

Το GlobalFoundries, η Intel, η Samsung, TSMC και UMC όλα λειτουργούν στην υβριδική σύνδεση χαλκού για τη συσκευασία. Έτσι είναι Imec και Leti. Επιπλέον, Xperi αναπτύσσει μια έκδοση της υβριδικής σύνδεσης. Τεχνολογία αδειών Xperi σε άλλες.

 

Πολλές επιλογές συσκευασίας
Υπάρχουν διάφοροι τύποι συσκευασίας ολοκληρωμένου κυκλώματος στην αγορά. Ένας τρόπος να τέμνεται η αγορά συσκευασίας είναι από τον τύπο διασύνδεσης, που περιλαμβάνει wirebond, κτύπημα-τσιπ, συσκευασία γκοφρέτα-επιπέδων (WLP) και vias μέσω-πυριτίου (TSVs). Διασυνδέει χρησιμοποιείται για να συνδέσει έναν κύβο με έναν άλλο έναν στις συσκευασίες. Το TSVs ακολουθεί τις υψηλότερες I/O αριθμήσεις, από WLP, κτύπημα-τσιπ και wirebond. Η υβριδική σύνδεση, ο νεοφερμένος διασύνδεσης, έχει τις υψηλότερες πυκνότητες από TSVs.

Μερικά 75% σε 80% των σημερινών συσκευασιών είναι βασισμένα στη σύνδεση καλωδίων, σύμφωνα με TechSearch. Ένα καλώδιο bonder ράβει ένα τσιπ σε ένα άλλο τσιπ ή υπόστρωμα χρησιμοποιώντας τα μικροσκοπικά καλώδια. Η σύνδεση καλωδίων χρησιμοποιείται για τις συσκευασίες προϊόντων και τη συσσώρευση κύβων μνήμης.

Στο κτύπημα-τσιπ, μια θάλασσα των μεγαλύτερων προσκρούσεων ύλης συγκολλήσεως, ή των μικροσκοπικών προσκρούσεων και των στυλοβατών χαλκού, διαμορφώνεται πάνω από ένα τσιπ χρησιμοποιώντας τα διάφορα βήματα διαδικασίας. Η συσκευή κτυπιέται έπειτα και τοποθετείται σε έναν χωριστό κύβο ή έναν πίνακα. Οι προσκρούσεις προσγειώνονται στα μαξιλάρια χαλκού, διαμορφώνοντας μια ηλεκτρική σύνδεση. Οι κύβοι συνδέονται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα αποκαλούμενο γκοφρέτα bonder.

WLP, εν τω μεταξύ, συσκευάζει τους κύβους ενώ σε μια γκοφρέτα. Fan-out είναι ένας τύπος WLP. «(Γκοφρέτα-ισόπεδη συσκευασία) επιτρέπει σε μας για να κάνει τις μικρότερες δισδιάστατες συνδέσεις που ανακατανέμουν την παραγωγή του κύβου πυριτίου σε μια μεγαλύτερη περιοχή, επιτρέποντας την υψηλότερη I/O πυκνότητα, το υψηλότερο εύρος ζώνης και την υψηλότερη απόδοση για τις σύγχρονες συσκευές,» εν λόγω απότομος βράχος McCold, ένας ερευνητικός επιστήμονας σε Veeco, σε μια παρουσίαση σε ECTC.

Εν τω μεταξύ, TSVs χρησιμοποιείται στις συσκευασίες υψηλών σημείων 2.5D/3D. Σε 2.5D, οι κύβοι συσσωρεύονται σε ένα interposer, το οποίο ενσωματώνει TSVs. Το interposer ενεργεί ως γέφυρα μεταξύ των τσιπ και ενός πίνακα, ο οποίος παρέχει περισσότερα I/Os και εύρος ζώνης.

Υπάρχουν διαφορετικές εκδόσεις 2.5D και των τρισδιάστατων συσκευασιών. Υψηλή μνήμη εύρους ζώνης (HBM), που συσσωρεύει το DRAM πεθαίνει το ένα στο άλλο, είναι ένας τρισδιάστατος τύπος συσκευασίας. Η συσσώρευση της λογικής στη λογική, ή της λογικής στη μνήμη, προκύπτει. «Η λογική στη συσσώρευση λογικής δεν είναι ακόμα διαδεδομένη. Η λογική στη μνήμη είναι κάτι που έρχεται κάτω από τη σωλήνωση,» εν λόγω Ramune Nagisetty, διευθυντής της διαδικασίας και της ολοκλήρωσης προϊόντων στη Intel.

Στη συσκευασία, το πιό πρόσφατο τσιτάτο είναι chiplets. Το Chiplets δεν είναι ένας τύπος συσκευσίας, αυτό καθ' εαυτό. Με τα chiplets, ένα chipmaker μπορεί να έχει επιλογές των μορφωματικών κύβων, ή τα chiplets, σε μια βιβλιοθήκη. Οι πελάτες μπορούν μίγμα-και-αντιστοιχία τα chiplets και να τους συνδέσουν χρησιμοποιώντας έναν κύβος--κύβο διασυνδέουν το σχέδιο σε μια συσκευασία.

Το Chiplets θα μπορούσε να κατοικήσει σε έναν υπάρχοντα τύπο συσκευασίας ή μια νέα αρχιτεκτονική. «Είναι μια μεθοδολογία αρχιτεκτονικής,» ο εν λόγω Walter NG, αντιπρόεδρος της ανάπτυξης επιχείρησης σε UMC. «Βελτιστοποιεί τη λύση πυριτίου για τον απαραίτητο στόχο. Όλοι εκείνοι έχουν τις εκτιμήσεις απόδοσης, είτε η ταχύτητά του, θερμότητα είτε δύναμη. Έχει επίσης έναν παράγοντα δαπανών, ανάλογα με ποια προσέγγιση παίρνετε.»

Για σημερινό πιό προηγμένο 2.5D και τις τρισδιάστατες συσκευασίες, η χρήση προμηθευτών που υπάρχει διασυνδέει τα σχέδια και τα bonders γκοφρετών. Σε αυτές τις συσκευασίες, οι κύβοι συσσωρεύονται και συνδέονται χρησιμοποιώντας το χαλκό microbumps και τους στυλοβάτες. Με βάση τα υλικά ύλης συγκολλήσεως, οι προσκρούσεις και οι στυλοβάτες παρέχουν τις μικρές, γρήγορες ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των διαφορετικών συσκευών.

Η πιό προηγμένοη microbumps/οι στυλοβάτες είναι μικροσκοπικές δομές με τις πίσσες 40μm 36μm. Μια πίσσα αναφέρεται σε ένα δεδομένο διάστημα. Μια πίσσα 40μm περιλαμβάνει έναν στυλοβάτη χαλκού 25μm σε μέγεθος με 15μm χωρίζοντας κατά διαστήματα.

Για τις απαιτήσεις λεπτός-πισσών, η βιομηχανία χρησιμοποιεί τη θερμική σύνδεση συμπίεσης (TCB). TCB bonder παίρνει έναν κύβο και ευθυγραμμίζει τις προσκρούσεις σε εκείνοι από έναν άλλο κύβο. Συνδέει τις προσκρούσεις χρησιμοποιώντας τη δύναμη και τη θερμότητα.

TCB, εντούτοις, είναι μια αργή διαδικασία. Συν τοις άλλοις, οι προσκρούσεις/οι στυλοβάτες χαλκού πλησιάζουν τα φυσικά όριά τους. Μερικοί θεωρούν ότι το όριο είναι πίσσες περίπου 20μm.

Μερικοί προσπαθούν να επεκτείνουν την πίσσα προσκρούσεων. Το Imec αναπτύσσει μια τεχνολογία που επιτρέπει τις πίσσες προσκρούσεων 10μm χρησιμοποιώντας σημερινό TCB. 7μm και 5μm είναι στην Ε&Α.

Οι τρέχουσες πίσσες προσκρούσεων 40μm έχουν αρκετά υλικά ύλης συγκολλήσεως για να αντισταθμίσουν τις παραλλαγές στη ροή. «Κατά ξελέπιασμα στην πίσσα 10μm και κατωτέρω, τον αυτό δεν είναι πλέον η περίπτωση. Στην λεπτός-πίσσα microbumps, η ηλεκτρική παραγωγή και ο καλός κοινός σχηματισμός εξαρτώνται έντονα από την ακρίβεια, τη μη ευθυγράμμιση και την κλίση του TCB εργαλείου και του ποσού της παραμόρφωσης της ύλης συγκολλήσεως,» εν λόγω Jaber Derakhshandeh, ανώτερος επιστήμονας σε Imec, σε ένα έγγραφο στην πρόσφατη διάσκεψη ECTC.

Για να επεκτείνει το microbump, Imec έχει αναπτύξει μια διαδικασία πλήκτρων διαστήματος μετάλλων. Όπως πριν, microbumps διαμορφώνεται ακόμα στον κύβο. Στη διαδικασία Imec, το πλαστό μέταλλο microbumps διαμορφώνεται επίσης στον κύβο. Οι πλαστές προσκρούσεις μοιάζουν με τις μικροσκοπικές ακτίνες που κρατούν ψηλά τη δομή.

«Ένα πλαστό πλήκτρο διαστήματος μετάλλων microbump εισάγεται στην τρισδιάστατη κύβος--γκοφρέτα συσσωρεύοντας για να μετριάσει το λάθος κλίσης του TCB εργαλείου και για να ελέγξει την παραμόρφωση ύλης συγκολλήσεως, έτσι ώστε η ηλεκτρική αντίσταση και η κοινή ποιότητα σχηματισμού της σύνδεσης είναι ίδιες για τις διαφορετικές θέσεις των συνδεμένων κύβων,» Derakhshandeh εν λόγω.

Τι υβριδικός συνδέει;
Σε κάποιο βαθμό, microbumps/οι στυλοβάτες και TCB θα μπορούσαν να τρέξουν από τον ατμό. Αυτός είναι όπου η υβριδική σύνδεση χαλκού ταιριάζει. Αναμένεται για να παρεμβληθεί μετά από τα χτυπήματα τεχνολογίας microbump τον τοίχο, ή ακόμα και πριν από αυτόν.

Το Microbumps δεν πηγαίνει μακριά οποτεδήποτε σύντομα. Και οι τεχνολογίες -τεχνολογία-microbumps και η υβριδική συνδέω-θέληση έχουν μια θέση στην αγορά. Αυτό εξαρτάται από την εφαρμογή.

Η υβριδική σύνδεση κερδίζει τον ατμό, εν τούτοις. TSMC, ο πιό φωνητικός υπερασπιστής, λειτουργεί σε μια τεχνολογία αποκαλούμενη σύστημα στο ενσωματωμένο τσιπ (SoIC). Χρησιμοποιώντας την υβριδική σύνδεση, η τεχνολογία SoIC TSMC επιτρέπει τις συνδέοντας πίσσες υπο--10μm. Το SoIC λέγεται για να έχει 0.25X η πίσσα πρόσκρουση-μαξιλαριών πέρα από τα υπάρχοντα σχέδια. Μια έκδοση υψηλής πυκνότητας επιτρέπει περισσότερο από την ταχύτητα επικοινωνίας τσιπ--τσιπ 10X με μέχρι σχεδόν την πυκνότητα εύρους ζώνης 20,000X, και τη ενεργειακή αποδοτικότητα 20X.

Επικριμένο για την παραγωγή το 2021, SoIC θα μπορούσε να επιτρέψει την λεπτός-πίσσα HBM και τους κύβους μνήμης SRAM, καθώς επίσης και τρισδιάστατος-όπως τις αρχιτεκτονικές τσιπ. Έναντι σημερινού HBMs, οι «soIC-ενσωματωμένοι κύβοι μνήμης DRAM μπορούν να προσφέρουν την υψηλότερες πυκνότητα μνήμης, το εύρος ζώνης και την αποδοτικότητα δύναμης,» εν λόγω M.F. Chen, ένας ερευνητής σε TSMC, σε ένα πρόσφατο έγγραφο.

TSMC αναπτύσσει την υβριδική σύνδεση τσιπ--γκοφρετών. Η γκοφρέτα που συνδέεται δεν είναι νέα και έχει χρησιμοποιηθεί σε MEMS και άλλες εφαρμογές για χρόνια. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι συνδέσεων γκοφρετών. «Η επεξεργασία και η συσκευασία των μικροηλεκτρονικών και microelectromechanical συστημάτων στηρίζονται στη σύνδεση δύο υποστρωμάτων ή γκοφρετών,» ο εν λόγω Xiao Liu, ένας ανώτερος ερευνητικός φαρμακοποιός στην επιστήμη ζυθοποιών, σε μια παρουσίαση. «Στις microelectromechanical διαδικασίες επεξεργασίας συστημάτων (MEMS), η γκοφρέτα συσκευών θα συνδεθεί με μια άλλη γκοφρέτα για να προστατεύσει την ευαίσθητη δομή MEMS. Οι άμεσες συνδέοντας τεχνολογίες όπως τη σύνδεση τήξης και την ανοδική σύνδεση ή έμμεσες συνδέοντας τεχνολογίες όπως το μέταλλο ευτηκτικό, thermocompression τη σύνδεση και τη συγκολλητική σύνδεση είναι συνήθως χρησιμοποιημένες μέθοδοι για να εξυπηρετήσουν τη μικροηλεκτρονική βιομηχανία. Η χρησιμοποίηση μιας συνδέοντας κόλλας ως μεσάζων μεταξύ δύο υποστρωμάτων επιτρέπει την εύκαμπτη επεξεργασία με διάφορα πλεονεκτήματα.»

Η υβριδική σύνδεση χαλκού εμφανίστηκε αρχικά το 2016, όταν χρησιμοποίησε η Sony την τεχνολογία για τους αισθητήρες εικόνας CMOS. Η Sony χορήγησε άδεια την τεχνολογία από Ziptronix, τώρα μέρος Xperi.

Για αυτήν την εφαρμογή, η τεχνολογία Xperi καλείται άμεσο δεσμό διασυνδέει (DBI). DBI διευθύνεται παραδοσιακό σε έναν υπέροχο, και περιλαμβάνει μια συνδέοντας διαδικασία γκοφρέτα--γκοφρετών. Στη ροή, μια γκοφρέτα υποβάλλεται σε επεξεργασία και έπειτα τα μαξιλάρια μετάλλων τοποθετούνται στην επιφάνεια. Η επιφάνεια είναι και ενεργοποίησε έπειτα.

Μια χωριστή γκοφρέτα υποβάλλεται σε μια παρόμοια διαδικασία. Οι γκοφρέτες συνδέονται χρησιμοποιώντας μια σε δύο στάδια διαδικασία. Είναι ένας διηλεκτρικός--διηλεκτρικός δεσμός, που ακολουθείται από μια μετάλλου προς μέταλλο σύνδεση.

«Συνολικά, η γκοφρέτα--γκοφρέτα είναι η μέθοδος επιλογής για την κατασκευή συσκευών, όπου οι γκοφρέτες παραμένουν σε ένα προηγούμενο υπέροχο περιβάλλον κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ροής διαδικασίας,» ο εν λόγω Thomas Uhrmann, διευθυντής της ανάπτυξης επιχείρησης στην ομάδα της EV. «Σε αυτήν την περίπτωση, η προετοιμασία γκοφρετών για την υβριδική σύνδεση έχει τις πολλαπλάσιες προκλήσεις στους κανόνες, την καθαρότητα, την επιλογή των υλικών μαζί με την ενεργοποίηση και την ευθυγράμμιση σχεδίου διεπαφών. Οποιοδήποτε μόριο στην επιφάνεια οξειδίων εισάγει ένα κενό 100 έως 1.000 φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος μορίων.»

Ακόμα, η τεχνολογία αποδεικνύεται για τους αισθητήρες εικόνας. Τώρα, άλλες συσκευές είναι στις εργασίες. Οι «περαιτέρω συσκευές προγραμματίζονται να ακολουθήσουν, όπως συσσωρευμένο SRAM στους κύβους επεξεργαστών,» Uhrmann εν λόγω.

Υβριδική σύνδεση για τη συσκευασία
Για την προηγμένη συσκευασία τσιπ, η βιομηχανία εργάζεται επίσης στην υβριδική σύνδεση χαλκού κύβος--γκοφρετών και κύβος--κύβων. Αυτό περιλαμβάνει τη συσσώρευση ενός κύβου σε μια γκοφρέτα, ενός κύβου σε ένα interposer, ή ενός κύβου σε έναν κύβο.

Αυτό είναι δυσκολότερο από συνδέοντας γκοφρέτα--γκοφρετών. «Για την υβριδική σύνδεση κύβος--γκοφρετών, την υποδομή για να χειριστεί τους κύβους χωρίς αθροιστές μορίων, καθώς επίσης και τη δυνατότητα να συνδεθούν οι κύβοι, γίνεται μια σημαντική πρόκληση,» Uhrmann εν λόγω. «Ενώ το σχέδιο διεπαφών και η προεπεξεργασία για το επίπεδο κύβων μπορούν να αντιγραφούν ή/και να προσαρμοστούν από το επίπεδο γκοφρετών, υπάρχουν πολλαπλάσιες προκλήσεις που προκύπτουν στο χειρισμό κύβων. Χαρακτηριστικά, οι διαδικασίες οπίσθιου μέρους, όπως ο χωρισμός σε τετράγωνα, ο χειρισμός κύβων, και η μεταφορά κύβων στο πλαίσιο ταινιών, πρέπει να προσαρμοστούν στα προηγούμενα καθαρά επίπεδα, που επιτρέπουν τις υψηλές συνδέοντας παραγωγές σε ένα επίπεδο κύβων.

«Η γκοφρέτα--γκοφρέτα λειτουργεί,» Uhrmann εν λόγω. «Όταν εξετάζω την εργασία εφαρμοσμένης μηχανικής και βλέπω όπου η ανάπτυξη εργαλείων πηγαίνει (για την τσιπ--γκοφρέτα), είναι ένας πολύ περίπλοκος στόχος ολοκλήρωσης. Οι άνθρωποι όπως TSMC ωθούν τη βιομηχανία. Επομένως, θα το δούμε. Στην παραγωγή, η ασφαλέστερη λιμενική δήλωση θα ήταν κάπου το 2022 ή το 2023. Ενδεχομένως, θα μπορούσε να είναι λίγο προηγούμενο.»

Η υβριδική σύνδεση για τη συσκευασία είναι διαφορετική με άλλους τρόπους. Παραδοσιακά, η συσκευασία ολοκληρωμένου κυκλώματος διευθύνεται σε ένα OSAT ή ένα συσκευάζοντας σπίτι. Στην υβριδική σύνδεση χαλκού, η διαδικασία διευθύνεται μέσα σε ένα αποστειρωμένο δωμάτιο σε μια γκοφρέτα υπέροχη, όχι ένα OSAT.

Αντίθετα από την παραδοσιακή συσκευασία, που εξετάζει τις μm-ταξινομημένες ατέλειες, η υβριδική σύνδεση είναι ευαίσθητη στις μικροσκοπικές ατέλειες NM-κλίμακας. Ένα αποστειρωμένο δωμάτιο υπέροχος-κατηγορίας απαιτείται για να αποτρέψει τις μικροσκοπικές ατέλειες από να αναστατώσει τη διαδικασία.

Ο έλεγχος ατέλειας είναι κρίσιμος εδώ. «Ως προηγμένη συσκευασία οι διαδικασίες είναι όλο και περισσότερο σύνθετες και τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα σχετικά όπως όλο και περισσότερο μικρότερα, η ανάγκη για τον αποτελεσματικό έλεγχο διεργασίας συνεχίζει να αυξάνεται. Το κόστος της αποτυχίας είναι υψηλό λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις διαδικασίες χρησιμοποιεί τον ακριβό γνωστό καλό κύβο,» εν λόγω Tim Skunes, αντιπρόεδρος της Ε&Α σε CyberOptics. «Μεταξύ των συστατικών, υπάρχουν προσκρούσεις για να κάνουν τις κάθετες ηλεκτρικές συνδέσεις. Το ελέγχοντας ύψος και το coplanarity προσκρούσεων είναι ζωτικής σημασίας στην εξασφάλιση αξιόπιστων συνδέσεων μεταξύ των συσσωρευμένων συστατικών.»

Πράγματι, ο γνωστός καλός κύβος (KGD) είναι κρίσιμος. Ένα KGD είναι ένα unpackaged μέρος ή ένας γυμνός κύβος που ανταποκρίνεται σε μια δεδομένη προδιαγραφή. Χωρίς KGD, η συσκευασία μπορεί να πάσχει από τις χαμηλές παραγωγές ή θα αποτύχει.

KGD είναι σημαντικό για τη συσκευασία των σπιτιών. «Λαμβάνουμε τους γυμνούς κύβους και τους βάζουμε στη συσκευασία για να παραδώσουμε ένα προϊόν με τη λειτουργία. Οι άνθρωποι μας ζητούν για να παρέχουν τις πολύ υψηλές παραγωγές,» εν λόγω Cao Lihong, διευθυντής της εφαρμοσμένης μηχανικής και τεχνικό μάρκετινγκ σε ASE, σε ένα πρόσφατο γεγονός. «Έτσι στο γνωστό καλό κύβο σεβασμών, θέλουμε να το εξετάσουμε πλήρως με την καλή λειτουργία. Το θέλουμε για να είμαστε 100%.»

Εν τούτοις, η υβριδική συνδέοντας ροή κύβος--γκοφρετών είναι παρόμοια με τη διαδικασία γκοφρέτα--γκοφρετών. Η μεγάλη διαφορά είναι τα τσιπ είναι χωρισμένη σε τετράγωνα και συσσωρεύω στα interposers ή άλλους κύβους που χρησιμοποιούν τα bonders μεγάλων κτύπημα-τσιπ.

 

Η ολόκληρη διαδικασία αρχίζει στο υπέροχο, όπου τα τσιπ υποβάλλονται σε επεξεργασία σε μια γκοφρέτα χρησιμοποιώντας το διάφορο εξοπλισμό. Εκείνο το μέρος του υπέροχου καλείται μπροστινός-τέλος--ο-γραμμή (FEOL). Στην υβριδική σύνδεση, δύο ή περισσότερες γκοφρέτες υποβάλλονται σε επεξεργασία κατά τη διάρκεια της ροής.

Κατόπιν, οι γκοφρέτες στέλνονται σε ένα χωριστό μέρος του υπέροχου κάλεσαν τη μέρος--ο-γραμμή (BEOL). Χρησιμοποιώντας το διαφορετικό εξοπλισμό, οι γκοφρέτες υποβάλλονται σε μια ενιαία διαδικασία damascene στο BEOL.

Η ενιαία διαδικασία damascene είναι μια ώριμη τεχνολογία. Βασικά, ένα υλικό οξειδίων κατατίθεται στην γκοφρέτα. Τα μικροσκοπικά vias είναι διαμορφωμένα και χαραγμένα στο υλικό οξειδίων. Τα vias γεμίζουν με το χαλκό χρησιμοποιώντας μια διαδικασία απόθεσης.

Αυτό, με τη σειρά, διαμορφώνει το χαλκό διασυνδέει ή γεμίζει στην επιφάνεια των γκοφρετών. Τα μαξιλάρια χαλκού είναι σχετικά μεγάλα, μετρώντας σχετικά με την κλίμακα μm. Αυτή η διαδικασία είναι κάπως παρόμοια με τη σημερινή προηγμένη παραγωγή τσιπ στα fabs. Για τα προηγμένα τσιπ, εν τούτοις, η μεγάλη διαφορά είναι ότι ο χαλκός διασυνδέει μετριέται στο nanoscale.

Αυτή είναι μόνο η αρχή της διαδικασίας. Εδώ είναι όπου υβριδική συνδέοντας διαδικασία χαλκού κύβος--γκοφρετών Xperi νέα αρχίζει. Άλλοι χρησιμοποιούν τις παρόμοιες ή ελαφρώς διαφορετικές ροές.

Το πρώτο βήμα στη διαδικασία κύβος--γκοφρετών Xperi είναι να γυαλιστεί η επιφάνεια των γκοφρετών που χρησιμοποιούν τη χημική μηχανική στίλβωση (CMP). CMP διευθύνεται σε ένα σύστημα, το οποίο γυαλίζει μια επιφάνεια χρησιμοποιώντας τις χημικές και μηχανικές δυνάμεις.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, τα μαξιλάρια χαλκού τοποθετούνται ελαφρώς στην επιφάνεια της γκοφρέτας. Ο στόχος είναι να ληφθεί μια ρηχή και ομοιόμορφη κοιλότητα, που επιτρέπει τις καλές παραγωγές.

CMP είναι μια δύσκολη διαδικασία. Εάν η επιφάνεια είναι πέρα-γυαλισμένη, η κοιλότητα μαξιλαριών χαλκού γίνεται πάρα πολύ μεγάλη. Μερικά μαξιλάρια μπορούν να μην ενώσουν κατά τη διάρκεια της συνδέοντας διαδικασίας. Εάν κάτω από-γυαλίζεται, το υπόλειμμα χαλκού μπορεί να δημιουργήσει τα ηλεκτρικά σορτς.

Υπάρχει μια λύση. Το Xperi έχει αναπτύξει τις ικανότητες 200mm και 300mm CMP. Η «τεχνολογία CMP έχει προχωρήσει σημαντικά στην τελευταία δεκαετία με την καινοτομία γύρω από το σχέδιο εξοπλισμού, τις επιλογές πηλού και τα όργανα ελέγχου -διαδικασίας για να επιτρέψει τις επαναλαμβανόμενες και γερές διαδικασίες με τον ακριβή έλεγχο,» η εν λόγω Laura Mirkarimi, αντιπρόεδρος της εφαρμοσμένης μηχανικής σε Xperi.

Κατόπιν, οι γκοφρέτες υποβάλλονται σε ένα βήμα μετρολογίας, το οποίο μετρά και χαρακτηρίζει την τοπογραφία επιφάνειας. Η ατομική μικροσκόπηση δύναμης (AFM) και άλλα εργαλεία χρησιμοποιούνται για να χαρακτηρίσουν την επιφάνεια. AFM χρησιμοποιεί έναν μικροσκοπικό έλεγχο για να επιτρέψει τις μετρήσεις στις δομές. Επιπλέον, τα συστήματα επιθεώρησης γκοφρετών χρησιμοποιούνται επίσης.

Αυτό είναι ένα κρίσιμο μέρος της διαδικασίας. «Για την υβριδική σύνδεση, το σχεδιάγραμμα της επιφάνειας γκοφρετών μετά από το σχηματισμό μαξιλαριών damascene πρέπει να μετρηθεί με την ακρίβεια υπο--νανομέτρων για να εξασφαλίσει ότι τα μαξιλάρια χαλκού καλύπτουν τις απαιτητικές απαιτήσεις κοιλοτήτων ή προεξοχής,» Hiebert KLA εν λόγω. «Οι σημαντικότερες προκλήσεις διαδικασίας της υβριδικής σύνδεσης χαλκού περιλαμβάνουν τον έλεγχο ατέλειας επιφάνειας για να αποτρέψουν τα κενά, νανόμετρο-ισόπεδος έλεγχος σχεδιαγράμματος επιφάνειας για να υποστηρίξουν τη γερή υβριδική επαφή μαξιλαριών δεσμών, και έλεγχος της ευθυγράμμισης των μαξιλαριών χαλκού στον κύβο κορυφών και κατώτατων σημείων. Δεδομένου ότι οι υβριδικές πίσσες δεσμών παίρνουν μικρότερες, παραδείγματος χάριν, λιγότερο από 2μm στις ροές γκοφρέτα--γκοφρετών ή λιγότερο από 10μm στις ροές κύβος--γκοφρετών, αυτή η ατέλεια επιφάνειας, σχεδιάγραμμα επιφάνειας, και προκλήσεις ευθυγράμμισης μαξιλαριών δεσμών γίνονται σημαντικότερα.»

Αυτός μπορούν να μην είναι αρκετοί. Σε κάποιο βαθμό κατά τη διάρκεια αυτής της ροής, μερικοί μπορούν να εξετάσουν ένα βήμα ελέγχων. «Να εξετάσει άμεσα στα μαξιλάρια χαλκού ή τις προσκρούσεις χαλκού έχει γίνει αντιληπτή παραδοσιακά όπως αδύνατη,» η εν λόγω Amy Leong, ανώτερος αντιπρόεδρος σε FormFactor. «Η βασική ανησυχία είναι πώς να κάνει τη σταθερή ηλεκτρική επαφή μεταξύ των ακρών ελέγχων και των προσκρούσεων.»

Για αυτό, FormFactor έχει αναπτύξει ένα MEMS-βασισμένο σχέδιο ακρών ελέγχων, που μεταγλωττίζεται το σαλάχι. Συνδυασμένη με μια χαμηλή δύναμη επαφών, η άκρη σπάζει ήπια μέσω του στρώματος οξείδωσης για να κάνει την ηλεκτρική επαφή με τις προσκρούσεις.

Περισσότερα βήματα
Μετά από το βήμα μετρολογίας, οι γκοφρέτες υποβάλλονται σε έναν καθαρισμό και ανοπτήστε τη διαδικασία. Ανοπτήστε το βήμα γίνεται στη μαζική επεξεργασία με έναν σωρό των γκοφρετών με τους κύβους στην κορυφή.

Κατόπιν, τα τσιπ είναι χωρισμένα σε τετράγωνα στην γκοφρέτα που χρησιμοποιεί ένα χωρίζοντας σε τετράγωνα σύστημα μυστικότητας λεπίδων ή λέιζερ. Αυτό, με τη σειρά, δημιουργεί τους μεμονωμένους κύβους για τη συσκευασία. Η διαδικασία singulation κύβων είναι προκλητική. Μπορεί να παραγάγει τα μόρια, τους μολυσματικούς παράγοντες, και τις ατέλειες ακρών.

«Για σύνδεση, την γκοφρέτα κύβος--γκοφρετών την υβριδική που χωρίζουν σε τετράγωνα και χειρισμός κύβων προσθέστε τις πρόσθετες πηγές για την παραγωγή μορίων, που πρέπει να ρυθμιστεί,» Hiebert KLA εν λόγω. «Το πλάσμα που χωρίζει σε τετράγωνα είναι κάτω από την εξερεύνηση για τα υβριδικά συνδέοντας σχέδια κύβος--γκοφρετών λόγω των πολύ χαμηλότερων επιπέδων μόλυνσης μορίων του.»

Το συνδέοντας βήμα είναι επόμενο. Σε λειτουργία, ένα κτύπημα-τσιπ bonder θα επιλέξει τον κύβο άμεσα από ένα χωρίζοντας σε τετράγωνα πλαίσιο. Κατόπιν, το σύστημα θα τοποθετήσει τον κύβο επάνω σε μια γκοφρέτα οικοδεσποτών ή έναν άλλο κύβο. Οι δύο δομές συνδέονται αμέσως στις θερμοκρασίες δωματίου. Στην υβριδική σύνδεση χαλκού, τα τσιπ ή οι γκοφρέτες συνδέονται χρησιμοποιώντας έναν διηλεκτρικός--διηλεκτρικό δεσμό, που ακολουθείται από μια μετάλλου προς μέταλλο σύνδεση.

Αυτή η διαδικασία παρουσιάζει μερικές προκλήσεις, δηλαδή η ακρίβεια ευθυγράμμισης των bonders. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι ακρίβειες ευθυγράμμισης είναι σε παραγγελία διάφορων μικρών. Η βιομηχανία θέλει τις ικανότητες υπο--μm.

«Ενώ η ευθυγράμμιση των κύβων καθώς επίσης και της ρυθμοαπόδοσης είναι μια πρόκληση εφαρμοσμένης μηχανικής, τα bonders τσιπ κτυπήματος έχουν καταστήσει ήδη ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός. Υπάρχει ακόμα η πρόκληση του χειρισμού των κύβων με το ίδιο επίπεδο καθαρότητας πέρα από ολόκληρο τον πληθυσμό,» Uhrmann της ομάδας της EV εν λόγω. Η «σύνδεση γκοφρέτα--γκοφρετών κινείται προς τις απαιτήσεις λιγότερο από της επικάλυψης 100nm και επομένως είναι κατάλληλη για τους προηγμένους κόμβους. Για την κύβος--γκοφρέτα, χαρακτηριστικά υπάρχει μια εξάρτηση μεταξύ της ακρίβειας και της ρυθμοαπόδοσης, όπου η υψηλότερη ακρίβεια ανταλλάσσεται από τη χαμηλότερη ρυθμοαπόδοση πληθυσμών. Δεδομένου ότι τα εργαλεία έχουν βελτιστοποιηθεί για τις διαδικασίες οπίσθιου μέρους όπως η ύλη συγκολλήσεως και thermocompression η σύνδεση, μια προδιαγραφή 1µm ήταν αρκετά καλή για πολύ καιρό. Υβριδική κύβος--γκοφρέτα που συνδέει τα αλλαγμένα σχέδια εξοπλισμού, που προκαλούνται από την ακρίβεια και την καθαρότητα εξοπλισμού. Η επερχόμενη παραγωγή των εργαλείων έχει μια προδιαγραφή αρκετά κάτω από την ακρίβεια 500nm.»

Η βιομηχανία είναι προετοιμασία τα bonders. Σε ECTC, ο ημιαγωγός του BE (Besi) παρουσίασε τα πρώτα αποτελέσματα ενός νέου υβριδικού πρωτοτύπου τσιπ--γκοφρετών bonder, με τους τελικούς στόχους προδιαγραφών 200nm @ 3 σ, περιβάλλον αποστειρωμένων δωματίων του ISO 3 με 2.000 UPH για τα υποστρώματα γκοφρετών 300mm.

«Η μηχανή περιλαμβάνει τον πίνακα συστατικών γκοφρετών (κάτω από την περιοχή εργασίας), πίνακα γκοφρετών υποστρωμάτων, και δύο αντανακλημένα συστήματα επιλογή-και-θέσεων (συμπεριλαμβανομένου του βατραχοπέδιλου, των καμερών, και των κινούμενων κεφαλιών δεσμών) που λειτουργούν ταυτόχρονα σε ένα υπόστρωμα και μια συστατική γκοφρέτα για τη διπλή ρυθμοαπόδοση,» η εν λόγω Birgit Brandstätter, που χρηματοδοτεί το διευθυντή της Ε&Α σε Besi, στο έγγραφο.

Η μηχανή έχει ένα στάδιο εισαγωγής, όπου τα περιοδικά για τα υποστρώματα (οικοδεσπότες) και τις συστατικές γκοφρέτες παρεμβάλλονται. Αυτοί τροφοδοτούν την περιοχή εργασίας της μηχανής. Η γκοφρέτα οικοδεσποτών μεταφέρεται στο «πίνακα υποστρωμάτων.» Η συστατική γκοφρέτα μεταφέρεται στο «πίνακα γκοφρετών» που βρίσκεται κάτω από το «πίνακα υποστρωμάτων.» Οι κύβοι από τη συστατική γκοφρέτα επιλέγονται και τοποθετούνται στην γκοφρέτα υποστρωμάτων.

«Ένας κύκλος επιλογή-και-θέσεων αρχίζει με τη συστατική αναγνώριση στη συστατική γκοφρέτα με τη κάμερα γκοφρετών. Ένα μεμονωμένο τσιπ επιλέγεται, εκτινάσσεται με τις βελόνες συστημάτων εκτίναξης, παίρνεται με το βατραχοπέδιλο (δεξιά ή αριστερά), κτυπιέται, και μεταφέρεται στην επιλογή και τοποθετεί το εργαλείο (της αντίστοιχης πλευράς),» Brandstätter εν λόγω. «Έπειτα, το κεφάλι δεσμών κινεί τον κύβο πέρα από τη κάμερα επάνω-κοιτάγματος (συστατικό) που καθορίζει την ακριβή θέση του κύβου στο εργαλείο επιλογή-και-θέσεων. Κατωτέρω, οι επικεφαλής κινήσεις δεσμών προς το υπόστρωμα τοποθετούν, και η προς τα κάτω) κάμερα υποστρωμάτων (ανιχνεύει την ακριβή συνδέοντας θέση στο υπόστρωμα. Η ευθυγράμμιση υπο--μικρόμετρου εκτελείται με τις piezo-ωθημένες κινήσεις, και η επιτόπια ευθυγράμμιση κατά τη διάρκεια των μετακινήσεων ακρίβειας χρησιμοποιείται για να βελτιστοποιήσει περαιτέρω τη θέση κύβων. Τέλος, το κεφάλι δεσμών τοποθετεί τον κύβο επάνω στη συνδέοντας θέση με την επιλεγμένες δύναμη δεσμών και την καθυστέρηση δεσμών. Ο κύκλος εκτελείται παράλληλα για το αριστερό και τη δεξιά πλευρά και επαναλαμβάνεται έως ότου ένα υπόστρωμα είναι πλήρως εποικημένο.»

Η μηχανή αλλάζει αυτόματα τις γκοφρέτες υποστρωμάτων και συστατικών όπως απαιτείται για τη ροή παραγωγής, σύμφωνα με την επιχείρηση. Για να επιτύχει την υψηλή ακρίβεια, το νέο υλικό ευθυγράμμισης και οπτικής για τη γρήγορη, γερή, και υπερβολικά ακριβή ευθυγράμμιση προωθείται, σύμφωνα με την επιχείρηση.

Ακόμα, η μάχη δεν τελειώνει. Τα λάθη ευθυγράμμισης μπορούν να εμφανιστούν. Οι ατέλειες μπορούν να καλλιεργήσουν επάνω. Όπως με όλες τις συσκευές και τις συσκευασίες, το υβρίδιο σύνδεσε 2.5D και οι τρισδιάστατες συσκευασίες θα υποβληθούν πιθανώς σε περισσότερα βήματα δοκιμής και επιθεώρησης. Ακόμα και τότε, ένας κακός κύβος θα μπορούσε να σκοτώσει τη συσκευασία.

Συμπέρασμα
Σαφώς, η υβριδική σύνδεση είναι μια επιτρέποντας τεχνολογία. Θα μπορούσε να ωοτοκήσει μια νέα κατηγορία προϊόντων.

Αλλά οι πελάτες θα πρέπει να ζυγίσουν τις επιλογές και να σκάψουν βαθύτερο στις λεπτομέρειες. Δεν είναι τόσο εύκολο όσο ηχεί. (Από Mark LaPedus)