Avansert emballasje er et av de teknologiske høydepunktene i "More than Moore"-tiden.Ettersom brikker blir stadig vanskeligere og dyrere å miniatyrisere ved hver prosessnode, legger ingeniører flere brikker i avanserte pakker slik at de ikke lenger trenger å slite med å krympe dem.Denne artikkelen gir en kort introduksjon til 10 av de vanligste begrepene som brukes i avansert emballasjeteknologi.
2.5D-pakker
2.5D-pakken er et fremskritt av tradisjonell 2D IC-emballasjeteknologi, som tillater finere linje- og plassutnyttelse.I en 2,5D-pakke stables bare dyser eller plasseres side ved side på toppen av et mellomlag med silisium via vias (TSV).Basen, eller mellomleggslaget, gir tilkobling mellom brikkene.
2.5D-pakken brukes vanligvis for avanserte ASIC-er, FPGA-er, GPU-er og minnekuber.I 2008 delte Xilinx sine store FPGA-er i fire mindre brikker med høyere utbytte og koblet disse til silisium-mellomlaget.2.5D-pakker ble dermed født og ble etter hvert mye brukt for prosessorintegrasjon med høy båndbredde (HBM).
Diagram av en 2.5D-pakke
3D-emballasje
I en 3D IC-pakke stables logikkformene sammen eller med lagringsdyser, noe som eliminerer behovet for å bygge store System-on-Chips (SoCs).Dysen er koblet til hverandre med et aktivt interposer-lag, mens 2.5D IC-pakker bruker ledende støt eller TSV-er for å stable komponenter på interposer-laget, 3D IC-pakker kobler flere lag med silisiumskiver til komponenter ved hjelp av TSV-er.
TSV-teknologi er nøkkelen muliggjørende teknologi i både 2.5D og 3D IC-pakker, og halvlederindustrien har brukt HBM-teknologi for å produsere DRAM-brikker i 3D IC-pakker.
Et tverrsnitt av 3D-pakken viser at den vertikale sammenkoblingen mellom silisiumbrikker oppnås gjennom metalliske kobber-TSVer.
Chiplet
Chiplets er en annen form for 3D IC-emballasje som muliggjør heterogen integrasjon av CMOS- og ikke-CMOS-komponenter.Med andre ord er de mindre SoC-er, også kalt chiplets, i stedet for store SoC-er i en pakke.
Å bryte ned en stor SoC i mindre, mindre sjetonger gir høyere utbytte og lavere kostnader enn en enkelt bare dyse.chiplets lar designere dra nytte av et bredt spekter av IP uten å måtte vurdere hvilken prosessnode de skal bruke og hvilken teknologi de skal bruke for å produsere den.De kan bruke et bredt spekter av materialer, inkludert silisium, glass og laminater for å fremstille brikken.
Chiplet-baserte systemer består av flere Chiplets på et mellomlag
Fan Out-pakker
I en Fan Out-pakke viftes "tilkoblingen" av overflaten av brikken for å gi mer ekstern I/O.Den bruker et epoksystøpemateriale (EMC) som er helt innebygd i dysen, og eliminerer behovet for prosesser som wafer-støping, flussing, flip-chip-montering, rengjøring, bunnsprøyting og herding.Derfor kreves det heller ikke noe mellomlag, noe som gjør heterogen integrasjon mye enklere.
Fan-out-teknologi tilbyr en mindre pakke med mer I/O enn andre pakketyper, og i 2016 var det teknologistjernen da Apple kunne bruke TSMCs pakketeknologi til å integrere sin 16nm applikasjonsprosessor og mobil DRAM i én enkelt pakke for iPhone 7.
Fan-out emballasje
Fan-Out Wafer Level Packaging (FOWLP)
FOWLP-teknologi er en forbedring av emballasje på wafer-nivå (WLP) som gir flere eksterne tilkoblinger for silisiumbrikker.Det innebærer å legge inn brikken i et epoksystøpemateriale og deretter konstruere et høydensitets-omfordelingslag (RDL) på waferoverflaten og påføre loddekuler for å danne en rekonstituert wafer.
FOWLP gir et stort antall forbindelser mellom pakken og påføringskortet, og fordi underlaget er større enn dysen, er dysestigningen faktisk mer avslappet.
Eksempel på en FOWLP-pakke
Heterogen integrasjon
Integreringen av forskjellige komponenter produsert separat i overordnede sammenstillinger kan forbedre funksjonaliteten og forbedre driftsegenskaper, slik at halvlederkomponentprodusenter er i stand til å kombinere funksjonelle komponenter med forskjellige prosessstrømmer til en enkelt sammenstilling.
Heterogen integrasjon ligner på system-in-package (SiP), men i stedet for å kombinere flere bare dies på et enkelt substrat, kombinerer den flere IP-er i form av Chiplets på et enkelt substrat.Den grunnleggende ideen med heterogen integrasjon er å kombinere flere komponenter med forskjellige funksjoner i samme pakke.
Noen tekniske byggeklosser i heterogen integrasjon
HBM
HBM er en standardisert stacklagringsteknologi som gir høybåndbreddekanaler for data i en stabel og mellom minne og logiske komponenter.HBM-pakker stabler minneplater og kobler dem sammen via TSV for å skape mer I/O og båndbredde.
HBM er en JEDEC-standard som vertikalt integrerer flere lag med DRAM-komponenter i en pakke, sammen med applikasjonsprosessorer, GPU-er og SoC-er.HBM er primært implementert som en 2.5D-pakke for avanserte servere og nettverksbrikker.HBM2-utgivelsen adresserer nå kapasitets- og klokkehastighetsbegrensningene til den første HBM-utgivelsen.
HBM-pakker
Mellomlag
Interposer-laget er kanalen som de elektriske signalene sendes gjennom fra multi-chip bare dysen eller kortet i pakken.Det er det elektriske grensesnittet mellom kontaktene eller kontaktene, slik at signalene kan forplantes lenger unna og også kobles til andre stikkontakter på brettet.
Mellomleggssjiktet kan være laget av silisium og organiske materialer og fungerer som en bro mellom multi-matrisen og brettet.Silisium-mellomlag er en velprøvd teknologi med høy I/O-tetthet og TSV-formasjonsevner og spiller en nøkkelrolle i 2,5D og 3D IC-brikkepakking.
Typisk implementering av et systempartisjonert mellomlag
Omfordelingslag
Omfordelingslaget inneholder kobberforbindelsene eller justeringene som muliggjør de elektriske forbindelsene mellom de forskjellige delene av pakken.Det er et lag av metallisk eller polymert dielektrisk materiale som kan stables i pakken med bare dyse, og dermed redusere I/O-avstanden til store brikkesett.Omfordelingslag har blitt en integrert del av 2.5D- og 3D-pakkeløsninger, slik at brikkene på dem kan kommunisere med hverandre ved hjelp av mellomlag.
Integrerte pakker som bruker redistribusjonslag
TSV
TSV er en nøkkelimplementeringsteknologi for 2.5D- og 3D-emballasjeløsninger og er en kobberfylt wafer som gir en vertikal sammenkobling gjennom silisiumwaferformen.Den går gjennom hele dysen for å gi en elektrisk forbindelse, og danner den korteste veien fra den ene siden av dysen til den andre.
Gjennomgående hull eller vias er etset til en viss dybde fra forsiden av waferen, som deretter isoleres og fylles ved å avsette et ledende materiale (vanligvis kobber).Når brikken er fremstilt, tynnes den ut fra baksiden av waferen for å eksponere viaene og metallet som er avsatt på baksiden av waferen for å fullføre TSV-forbindelsen.
Innleggstid: Jul-07-2023