Nieuws

De stijgende kost en de ingewikkeldheid van zich het ontwikkelen breken hoogstens geavanceerde knopen af dwingen vele chipmakers beginnen verdelend die spaander in veelvoudige delen, niet die voorrandknopen vereisen. De uitdaging is hoe te die disaggregated stukken weer te verenigen.

Wanneer een complex systeem monolithisch wordt geïntegreerd — op één enkel stuk van silicium — het eindproduct is een compromis onder de thermische begrotingsbeperkingen van de componentenapparaten.

3D NAND behoeftenpolysilicon op hoge temperatuur, bijvoorbeeld, maar de vereiste temperaturen degraderen de prestaties van CMOS logica.

Het Disaggregating het geheugen en de logica aan afzonderlijke wafeltjes staan fabrikanten toe om elke technologie onafhankelijk te optimaliseren. De heterogeene integratie wordt aantrekkelijker als sensoren, zendontvangers, en andere elementen niet-CMOS worden toegevoegd aan de mengeling.

Het probleem is hoe te alle stukken te verbinden. De monolithische integratie hangt van reeds lang gevestigde deel-van-lijn (BEOL) metalliseringsprocessen af. Wanneer de componenten afzonderlijk worden verpakt, draaien de fabrikanten aan de series van het balnet en gelijkaardige ontwerpen. Maar wanneer twee of meer matrijzen in één enkel die pakket worden geassembleerd, liggen de processen worden gebruikt om hen te verbinden in een slecht bepaalde middengrond tussen twee.

Vele baseren de systeem-in-pakket ontwerpen zich op soldeerselverbindingen. Pre-gestoten de plaats van oogst-en-plaatshulpmiddelen singulated matrijzen op een interposer of direct op een bestemmingswafeltje. De terugvloeiingsovens voltooien de soldeerselbanden in één enkele hoog-productiestap. Het zachtere soldeerselmateriaal dient als volgzame laag, ook, gladstrijkend hoogtevariaties die de bandkwaliteit anders zouden kunnen degraderen.

Jammer genoeg, schraapt de op soldeersel-gebaseerde technologie niet aan zeer hoog - dichtheidsverbindingen die de beeldsensoren, het hoge bandbreedtegeheugen, en de gelijkaardige toepassingen eisen. Het proces plakkend vlakt en drukt soldeerselbuilen af, zodat is de uiteindelijke voetafdruk van de band lichtjes groter dan de builhoogte. Zoals die hoogte daalt, is er eenvoudig geen ruimte voor genoeg soldeersel om een robuuste verbinding te maken. In het werk op de Internationale wafeltje-Vlakke Verpakkende Conferentie van 2019 wordt voorgesteld, schatten Guilian Gao en de collega's in Xperi dat de minimum haalbare hoogte voor op soldeersel-gebaseerde integratie ongeveer 40 microns dat is.

Cu-Sn de soldeerselverbindingen worden verder beperkt door slechte mechanische eigenschappen, die tot barsten, moeheidsmislukkingen, en elektromigratie bijdragen. De industrie streeft naar een alternatieve technologie plakkend in vaste toestand om het verdere hoogte schrapen te vergemakkelijken, maar niet kunnen vele processen de hoge snelheid, de lage kosten, en de flexibiliteit aanpassen van soldeersel het plakken.

Bijvoorbeeld, moeten welk regeling ook plakkend wordt gekozen hoogtevariaties in bandstootkussens en interposers kunnen aanpassen. De procestemperatuur moet ook genoeg laag zijn om alle componenten van de apparaat-stack te beschermen. Bij de verpakkingsregelingen veelvoudige lagen interposers en spaanders in bijlage impliceren, ziet de basislaag vooral opwindende thermische vereisten onder ogen. Elke laag boven de basis kan een afzonderlijke stap plakkend vereisen.

Één voorgesteld alternatief, koper-koper het directe plakken, heeft het voordeel van eenvoud. Zonder tussenliggende laag, smelten de temperatuur en de druk de bovenkant en bodemstootkussens in één enkel stuk die van metaal, de sterkste mogelijke verbinding maken. Dat is het idee achter thermocompressie het plakken. De koperpijlers op één matrijs passen stootkussens op een tweede matrijs aan. De hitte en de druk drijven verspreiding over de interface om een permanente band te maken. De typische temperaturen in de waaier van 300 ºC worden het koper zacht, toestaand de twee oppervlakten om aan elkaar in overeenstemming te zijn. Thermocompressie het plakken kan 15 tot 60 minuten vergen, niettemin, en vereist een gecontroleerde atmosfeer om koperoxydatie te verhinderen.

Schone oppervlaktenstok samen
Een nauw verwante techniek, het hybride plakken, probeert om oxydatie te verhinderen door het metaal in een diëlektrische laag in te bedden. In damascene verbindt een proces herinnerend van wafeltje metallisering die onderling, vult het gegalvaniseerde koper gaten in in diëlektrisch worden gesneden. CMP verwijdert bovenmatig koper, verlatend bandstootkussens die met betrekking tot diëlektrisch in een nis worden gezet. Het plaatsen van de twee diëlektrische oppervlakten in contact leidt tot een tijdelijke band.

In het werk op de Elektronische Componenten van IEEE van 2019 en de Technologieconferentie wordt voorgesteld, toonden de onderzoekers in Leti het gebruik van een waterdaling aan om groepering te vergemakkelijken die. De Xperi-Groep verklaarde dat deze band genoeg sterk is om fabrikanten toe te staan om een volledige multi-spaanderstapel te assembleren.

De diëlektrische band kapselt het koper in die, die oxydatie verhinderen en het materiaal toestaan plakkend om een omringende atmosfeer te gebruiken. Om een permanente band te vormen, draaien de fabrikanten aan ontharden die uit grotere de thermische uitbreidingscoëfficiënt van het koper voordeel haalt. Beperkt door diëlektrisch, wordt het koper gedwongen om zich aan zijn vrije oppervlakte uit te breiden, overbruggend het hiaat tussen de twee matrijzen. De koperverspreiding vormt dan een permanente metallurgische band. In een complexe stapel, onthardt enig stap kan alle componentenspaanders in een keer plakken. De vrij lage onthardende temperaturen volstaan bij gebrek aan een inheems oxyde of andere barrière.

De hoogte bandstootkussens wordt bepaald door CMP, een rijp, goed-gecontroleerd proces. Om elk van deze redenen, wafeltje-aan-wafeltje het hybride is plakken gebruikt in toepassingen zoals beeldsensoren verscheidene jaren. De wafeltje-aan-wafeltje toepassingen plakkend vereisen stootkussengroepering tussen de wafeltjes en hangen van hoge apparatenopbrengsten om af verliezen te minimaliseren. De gebrekkige matrijzen op de twee wafeltjes kunnen waarschijnlijk niet opstellen, zodat kan een tekort op één wafeltje het verlies van een overeenkomstige goede spaander op het aangepaste wafeltje veroorzaken.

Het matrijs-aan-wafeltje en matrijs-aan het hybride plakken kan potentieel een grotere toepassingsruimte openen, die complexe heterogeene systemen in één enkel pakket toestaan. Nochtans, vereisen deze toepassingen ook complexere processtromen. Terwijl wafeltje-aan-wafeltje en matrijs-aan-wafeltje (of interposer) de processen gelijkaardige eisen op de CMP-stap en op de band zelf plaatsen, singulated de behandeling spaanders post-CMP is uitdagend. De productielijn moet de deeltjes kunnen controleren door de inherent slordige singulationstap worden geproduceerd, vermijdend leegten en andere tekorten dat plakkend. Van Katherine Derbyshire.