Edistyksellinen pakkaus on yksi "More than Moore" -aikakauden teknologisista kohokohdista.Kun sirujen pienentäminen jokaisessa prosessisolmussa on yhä vaikeampaa ja kalliimpaa, insinöörit laittavat useita siruja edistyneisiin pakkauksiin, jotta heidän ei enää tarvitse kamppailla niiden pienentämiseksi.Tämä artikkeli sisältää lyhyen johdannon kymmeneen yleisimmään kehittyneen pakkaustekniikan termeihin.
2.5D paketit
2.5D-paketti on perinteisen 2D IC-pakkaustekniikan edistysaskel, joka mahdollistaa hienomman linjan ja tilankäytön.2.5D-pakkauksessa paljaat suulakkeet pinotaan tai asetetaan vierekkäin välikerroksen päälle, jossa on piiläpivientiä (TSV).Pohja- tai välikerros tarjoaa yhteyden sirujen välille.
2.5D-pakettia käytetään tyypillisesti huippuluokan ASIC-, FPGA-, GPU- ja muistikuutioihin.Vuonna 2008 Xilinx jakoi suuret FPGA-piirinsä neljään pienempään siruun suuremmalla tuotolla ja liitti nämä piivälityskerrokseen.Näin syntyivät 2.5D-paketit, ja niitä käytettiin lopulta laajalti suuren kaistanleveyden muistin (HBM) prosessorien integroimiseen.
Kaavio 2.5D paketista
3D pakkaus
3D IC -paketissa logiikkamuotti on pinottu yhteen tai tallennusmuovien kanssa, mikä eliminoi tarpeen rakentaa suuria System-on-Chips (SoC) -järjestelmiä.Suulakkeet on liitetty toisiinsa aktiivisella välikerroksella, kun taas 2.5D IC -paketit käyttävät johtavia nystyjä tai TSV:itä pinoamaan komponentteja välikerroksen päälle, ja 3D IC -paketit yhdistävät useita piikiekkoja TSV:itä käyttäviin komponentteihin.
TSV-tekniikka on keskeinen mahdollistava teknologia sekä 2.5D- että 3D-IC-paketeissa, ja puolijohdeteollisuus on käyttänyt HBM-tekniikkaa DRAM-sirujen tuottamiseen 3D-IC-paketeissa.
3D-paketin poikkileikkauskuva osoittaa, että piisirujen välinen pystysuora liitäntä saadaan aikaan metallisten kupari-TSV:iden avulla.
Chiplet
Sirut ovat toinen 3D-IC-pakkausmuoto, joka mahdollistaa CMOS- ja ei-CMOS-komponenttien heterogeenisen integroinnin.Toisin sanoen ne ovat pienempiä SoC:ita, joita kutsutaan myös siruiksi, eivätkä suuria paketissa olevia SoC:ita.
Suuren SoC:n jakaminen pienempiin, pienempiin siruihin tarjoaa paremman tuoton ja alhaisemmat kustannukset kuin yksittäinen paljas meisti.sirujen avulla suunnittelijat voivat hyödyntää laajaa IP-aluetta ilman, että heidän tarvitsee miettiä, mitä prosessisolmua käyttää ja mitä tekniikkaa sen valmistuksessa käyttää.He voivat käyttää sirun valmistukseen monenlaisia materiaaleja, kuten piitä, lasia ja laminaatteja.
Chiplet-pohjaiset järjestelmät koostuvat useista siruista välitasolla
Fan Out -paketit
Fan Out -paketissa "liitäntä" tuuletetaan irti sirun pinnasta, jotta saadaan enemmän ulkoista I/O:ta.Se käyttää epoksimuovausmateriaalia (EMC), joka on upotettu kokonaan suulakkeeseen, mikä eliminoi prosessien, kuten kiekkojen törmäyksen, sulatuksen, flip-chip-asennuksen, puhdistuksen, pohjaruiskutuksen ja kovetuksen, tarpeen.Siksi välikerrosta ei myöskään tarvita, mikä tekee heterogeenisestä integroinnista paljon helpompaa.
Fan-out-tekniikka tarjoaa pienemmän paketin, jossa on enemmän I/O:ta kuin muut pakettityypit, ja vuonna 2016 se oli teknologian tähti, kun Apple pystyi integroimaan 16nm:n sovellusprosessorin ja mobiilin DRAM-muistin yhdeksi iPhone-paketiksi TSMC:n pakkausteknologian avulla. 7.
Fan-out pakkaus
Fan-Out Wafer Level Packaging (FOWLP)
FOWLP-tekniikka on parannus kiekkotason pakkaukseen (WLP), joka tarjoaa enemmän ulkoisia liitäntöjä piisiruille.Siihen kuuluu sirun upottaminen epoksimuovausmateriaaliin ja sen jälkeen korkeatiheyksisen uudelleenjakokerroksen (RDL) rakentaminen kiekon pinnalle ja juotospallojen levittäminen uudelleen muodostetun kiekon muodostamiseksi.
FOWLP tarjoaa suuren määrän yhteyksiä pakkauksen ja sovelluslevyn välillä, ja koska substraatti on suurempi kuin suulake, muotin jako on itse asiassa rennompi.
Esimerkki FOWLP-paketista
Heterogeeninen integraatio
Erikseen valmistettujen eri komponenttien integroiminen ylemmän tason kokoonpanoihin voi tehostaa toimivuutta ja parantaa toimintaominaisuuksia, joten puolijohdekomponenttien valmistajat pystyvät yhdistämään toiminnalliset komponentit eri prosessivirroilla yhdeksi kokoonpanoksi.
Heterogeeninen integraatio on samanlainen kuin System-in-Package (SiP), mutta sen sijaan, että yhdistäisit useita paljaita muotteja yhdelle alustalle, se yhdistää useita IP-osoitteita Chiplettien muodossa yhdelle alustalle.Heterogeenisen integraation perusideana on yhdistää useita eri funktioita sisältäviä komponentteja samassa paketissa.
Eräitä teknisiä rakennuspalikoita heterogeenisessa integraatiossa
HBM
HBM on standardoitu pinotallennustekniikka, joka tarjoaa suuren kaistanleveyden kanavia tiedoille pinon sisällä sekä muistin ja loogisten komponenttien välillä.HBM-paketit pinoavat muistia ja yhdistävät ne yhteen TSV:n kautta luodakseen lisää I/O:ta ja kaistanleveyttä.
HBM on JEDEC-standardi, joka integroi vertikaalisesti useita kerroksia DRAM-komponentteja paketin sisällä sekä sovellusprosessorit, GPU:t ja SoC:t.HBM toteutetaan ensisijaisesti 2.5D-pakettina huippuluokan palvelimille ja verkkosiruille.HBM2-versio käsittelee nyt alkuperäisen HBM-julkaisun kapasiteetti- ja kellotaajuuden rajoituksia.
HBM paketit
Välikerros
Välikerros on kanava, jonka kautta sähköiset signaalit välitetään pakkauksessa olevasta monisiruisesta paljaasta muotista tai levystä.Se on sähköinen liitäntä pistojen tai liittimien välillä, mikä mahdollistaa signaalien levittämisen kauemmaksi ja myös liittämisen muihin kortin liittimiin.
Välikerros voi olla valmistettu piistä ja orgaanisista materiaaleista ja se toimii siltana monisuulakkeen ja levyn välillä.Silicon interposer -kerrokset ovat todistettu tekniikka, jolla on suuri hienojakoinen I/O-tiheys ja TSV-muodostuskyky, ja niillä on keskeinen rooli 2,5D- ja 3D-IC-sirujen pakkauksissa.
Tyypillinen järjestelmä osioidun välikerroksen toteutus
Uudelleenjakokerros
Uudelleenjakokerros sisältää kupariliitokset tai linjaukset, jotka mahdollistavat sähköliitännät pakkauksen eri osien välillä.Se on metallista tai polymeeristä dielektristä materiaalia oleva kerros, joka voidaan pinota pakkaukseen paljaalla muotilla, mikä vähentää suurten piirisarjojen I/O-väliä.Uudelleenjakelukerroksista on tullut olennainen osa 2.5D- ja 3D-pakettiratkaisuja, jolloin niissä olevat sirut voivat kommunikoida toistensa kanssa välikerrosten avulla.
Integroidut paketit, joissa käytetään uudelleenjakokerroksia
TSV
TSV on keskeinen toteutusteknologia 2.5D- ja 3D-pakkausratkaisuille ja se on kuparilla täytetty kiekko, joka muodostaa pystysuoran liitoksen piikiekon suuttimen kautta.Se kulkee koko muotin läpi muodostaen sähköisen yhteyden muodostaen lyhimmän reitin muotin toiselta puolelta toiselle.
Läpivientireiät tai läpivientiaukot syövytetään tiettyyn syvyyteen kiekon etupuolelta, joka sitten eristetään ja täytetään kerrostamalla johtavaa materiaalia (yleensä kuparia).Kun siru on valmistettu, sitä ohennetaan kiekon takapuolelta läpivientien paljastamiseksi ja kiekon takapuolelle kerrostunut metalli TSV-liitoksen täydentämiseksi.
Postitusaika: 7.7.2023