اخبار

افزایش هزینه و پیچیدگی تولید تراشه ها در پیشرفته ترین گره ها ، بسیاری از سازندگان تراشه را مجبور کرده است که شروع به تجزیه آن تراشه به چند قسمت کنند ، که همه آنها به گره های لبه پیشرو احتیاج ندارند.چالش این است که چگونه آن قطعات جدا شده را دوباره کنار هم قرار دهیم.

هنگامی که یک سیستم پیچیده به صورت یکپارچه - روی یک قطعه سیلیکون - یکپارچه می شود ، محصول نهایی سازش میان محدودیت های بودجه حرارتی دستگاه های جز است.

به عنوان مثال 3D NAND به پلی سیلیکون در دمای بالا نیاز دارد ، اما دمای مورد نیاز عملکرد منطق CMOS را کاهش می دهد.

تفکیک حافظه و منطق برای جدا کردن ویفرها به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا به طور مستقل هر فناوری را بهینه کنند.با اضافه شدن حسگرها ، گیرنده های گیرنده و سایر عناصر غیر CMOS به ترکیب ، تلفیق ناهمگن از جذابیت بیشتری برخوردار می شود.

مسئله نحوه اتصال همه قطعات است.یکپارچه سازی یکپارچه به فرآیندهای متالیزاسیون backend-of-line (BEOL) کاملاً ثابت بستگی دارد.هنگامی که اجزا به طور جداگانه بسته بندی می شوند ، تولیدکنندگان به آرایه های شبکه توپی و طرح های مشابه روی می آورند.اما هنگامی که دو یا چند قالب در یک بسته واحد جمع می شوند ، فرایندهای مورد استفاده برای اتصال آنها در یک حد وسط نامشخص بین دو قرار می گیرند.

بسیاری از طراحی های سیستم در بسته به اتصالات لحیم کاری متکی هستند.ابزارهای انتخاب و مکان ، قالبهای جدا شده از قبل دست انداز را روی یک interposer یا مستقیماً روی ویفر مقصد قرار می دهند.کوره های جرقه زنی ، پیوندهای لحیم کاری را در یک مرحله با بازده بالا تکمیل می کنند.مواد لحیم تر نرم نیز به عنوان یک لایه سازگار عمل می کند ، تغییرات ارتفاع را صاف می کند که در غیر این صورت ممکن است کیفیت پیوند را کاهش دهد.

متأسفانه ، فناوری مبتنی بر لحیم کاری در ارتباطات با چگالی بسیار بالا که سنسورهای تصویر ، حافظه با پهنای باند بالا و برنامه های مشابه مورد نیاز است ، مقیاس نمی یابد.فرآیند اتصال ، ناهمواری های لحیم را صاف می کند و فشار می دهد ، بنابراین رد پای نهایی باند کمی بیشتر از گام ضربه است.با پایین آمدن این گام ، به سادگی جایی برای لحیم کاری کافی برای ایجاد یک اتصال قوی وجود ندارد.در کار ارائه شده در کنفرانس بین المللی بسته بندی سطح ویفر 2019 ، گویان گائو و همکارانش در Xperi تخمین زدند که حداقل سطح مناسب برای ادغام مبتنی بر لحیم کاری حدود 40 میکرون است.

اتصالات لحیم کاری Cu-Sn بیشتر به دلیل خواص مکانیکی ضعیف ، که منجر به ترک ، خرابی خستگی و الکترو مدیتر می شود ، محدود می شود.این صنعت به دنبال یک فن آوری جایگزین پیوند حالت جامد برای تسهیل مقیاس بندی بیشتر گام است ، اما بسیاری از فرآیندها نمی توانند با سرعت بالا ، هزینه کم و انعطاف پذیری اتصال لحیم کاری مطابقت داشته باشند.

به عنوان مثال ، هر طرح پیوندی که انتخاب شود باید بتواند تغییرات ارتفاع را در پدهای باند و اینترپوزرها داشته باشد.دمای فرآیند نیز باید به اندازه کافی کم باشد تا از تمام اجزای پشته دستگاه محافظت کند.هنگامی که طرح های بسته بندی شامل چندین لایه interposers و تراشه های متصل می شوند ، لایه پایه به ویژه مورد نیاز حرارتی چالش برانگیز است.هر لایه بالای پایه ممکن است به یک مرحله اتصال جداگانه نیاز داشته باشد.

یک گزینه پیشنهادی ، پیوند مستقیم مس و مس ، دارای مزیت سادگی است.بدون هیچ لایه دخل و تصرفی ، دما و فشار بالشتک های بالا و پایین را به یک قطعه فلز تبدیل می کند و باعث ایجاد محکم ترین اتصال ممکن می شود.این ایده در باند پیوند حرارتی است.ستونهای مس روی یک بالشتک کبریت در قالب دوم.انتشار حرارت و فشار محرک در رابط برای ایجاد پیوند دائمی.دمای معمولی در محدوده 300 درجه سانتیگراد باعث نرم شدن مس می شود و اجازه می دهد تا دو سطح با یکدیگر مطابقت داشته باشند.پیوند حرارتی با فشار می تواند 15 تا 60 دقیقه طول بکشد و برای جلوگیری از اکسید شدن مس به یک جو کنترل شده نیاز دارد.

سطوح تمیز بهم بچسبند
یک تکنیک بسیار نزدیک ، پیوند ترکیبی ، سعی در جلوگیری از اکسیداسیون با جاسازی فلز در یک لایه دی الکتریک دارد.در فرآیند داماسین که یادآور فلزاسیون اتصال ویفر است ، مس آبکاری شده سوراخ های برش داده شده در دی الکتریک را پر می کند.CMP مس اضافی را از بین می برد و پدهای پیوندی که نسبت به دی الکتریک فرو رفته اند را می گذارد.قرار دادن دو سطح دی الکتریک در تماس پیوند موقتی ایجاد می کند.

در کار ارائه شده در کنفرانس قطعات الکترونیکی و فناوری IEEE 2019 ، محققان در لتی استفاده از قطره آب را برای تسهیل ترازبندی نشان دادند.گروه Xperi توضیح داد که این پیوند به اندازه کافی قوی است که به تولیدکنندگان امکان می دهد یک پشته چند تراشه کامل را جمع کنند.

پیوند دی الکتریک مس را محصور می کند ، از اکسیداسیون جلوگیری می کند و به تجهیزات پیوند اجازه می دهد تا از جو محیط استفاده کنند.برای تشکیل یک پیوند دائمی ، تولیدکنندگان به یک آنیل روی می آورند که از ضریب انبساط حرارتی بزرگ مس بهره می برد.مس که توسط دی الکتریک محدود می شود ، مجبور می شود در سطح آزاد خود منبسط شود و فاصله بین دو قالب را از بین ببرد.سپس انتشار مس پیوند متالورژی دائمی ایجاد می کند.در یک پشته پیچیده ، یک مرحله تک مرحله ای می تواند همه تراشه های ملفه را به طور هم زمان پیوند دهد.دمای نسبتاً کم پخت در غیاب اکسید بومی یا سد دیگر کافی است.

ارتفاع لنت های باند توسط CMP ، یک فرایند بالغ و کاملاً کنترل شده ، تعریف می شود.به همه این دلایل ، پیوند ترکیبی ویفر به ویفر برای چندین سال در برنامه هایی مانند حسگرهای تصویر مورد استفاده قرار گرفته است.برنامه های اتصال ویفر به ویفر نیاز به هم ترازی پد بین ویفرها دارند و به حداقل عملکرد دستگاه بستگی دارند تا تلفات را به حداقل برسانند.بعید به نظر می رسد که خطوط نقص روی دو ویفر به صف شده باشند ، بنابراین نقص در یک ویفر می تواند باعث از بین رفتن تراشه مناسب مربوط به ویفر همسو شود.

پیوند ترکیبی die-to-wafer و die-to-interposer می تواند به طور بالقوه فضای کاربرد وسیع تری را باز کند ، به سیستم های ناهمگن پیچیده در یک بسته واحد اجازه می دهد.با این حال ، این برنامه ها همچنین به روند روند پیچیده تری نیاز دارند.در حالی که فرآیندهای ویفر به ویفر و ویفر (یا اینترپوزر) تقاضاهای مشابهی را برای مرحله CMP و خود پیوند ایجاد می کنند ، مدیریت تراشه های مجزا پس از CMP چالش بیشتری دارد.خط تولید باید بتواند ذرات تولید شده در مرحله تکینگی ذاتی کثیف را کنترل کند و از حفره ها و سایر نقص پیوند جلوگیری کند. از کاترین دربی شایر.