एकीकृत पैमाना और आयाम

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2022-04-02 1395

01 एकीकरण का पैमाना

स्केल, आम तौर पर के रूप में समझा जाता हैआकार, मापी गई लंबाई,निर्धारित सीमाएँ,इसे मानदंडों और क़ानूनों तक बढ़ाया जा सकता है।इस पेपर में, स्केल वर्णित वस्तु के आकार या आकार को संदर्भित करता है।के अनुसारछोटे से बड़े तक एकीकरण के पैमाने का विश्लेषण करें, आइए सबसे छोटे प्राथमिक कण से शुरू करें!

1、मौलिक कण

मानव जाति की ज्ञात दुनिया में 61 प्रकार के प्राथमिक कण शामिल हैं।

61 प्रकार के प्राथमिक कणों को क्वार्क, लेप्टान और बोसोन में विभाजित किया गया है। (बोसोन) तीन श्रेणियां।

उनमें से केवल इलेक्ट्रॉन, फोटॉन और न्यूट्रिनो ही स्थिर कण हैं जो प्रकृति में मौजूद हैं और स्थूल जगत पर कार्य कर सकते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे यौगिक कणों में सीमित प्रसिद्ध क्वार्क को जीवन भर मुक्त नहीं किया जा सकता है।

इलेक्ट्रॉन (लेप्टान): इलेक्ट्रॉन वह मूल कण है जो मनुष्यों द्वारा सबसे अधिक ज्ञात और व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। आज, आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी मूल रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स के इर्द-गिर्द घूमती है। इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना, पूरी दुनिया स्थिर हो जाएगी। (लेप्टन): इलेक्ट्रॉन वह मूल कण है जो मनुष्यों द्वारा सबसे अधिक ज्ञात और व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। आज, आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी मूल रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स के इर्द-गिर्द घूमती है। इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना, पूरी दुनिया स्थिर हो जाएगी।

फोटोन (बोसोन): फोटॉन का उपयोग इलेक्ट्रॉन से पहले किया गया था, और इसका उपयोग प्राचीन काल से किया जा रहा है। आजकल दैनिक जीवन से लेकर नवीनतम वैज्ञानिक क्षेत्र तक फोटॉन अपरिहार्य हैं।

न्युट्रीनो (लेप्टन): न्यूट्रिनो का पता लगाना कठिन है, इसलिए इन्हें रहस्यमय कण कहा जाता है। हालाँकि वर्तमान में इनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, फिर भी इन्हें महान क्षमता वाले एक प्रकार के कण के रूप में माना जाता है। यह अत्यंत तेज़ है, प्रकाश की गति के करीब है, और सभी वस्तुओं से बिना किसी बाधा के गुज़र सकता है। इसका उपयोग भविष्य में न्यूट्रिनो संचार, स्ट्रेटम स्कैनिंग और अन्य क्षेत्रों में किया जा सकता है।

और वे मूल कण जो प्रकृति में स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में नहीं रह सकते हैं, स्थूल जगत से सीधे तौर पर निपट नहीं सकते हैं, इसलिए वे व्यावहारिक नहीं हो सकते हैं, और मनुष्यों पर उनका प्रभाव इलेक्ट्रॉनों, फोटॉन और न्यूट्रिनो की तुलना में बहुत कम है।

2、परमाणु

हम परमाणुओं तक बढ़ते हैं।。

118 ज्ञात तत्वों में से 92 तत्व प्रकृति से हैं, और बाकी तत्व कृत्रिम रूप से संश्लेषित हैं। किसी तत्व का प्रतिनिधित्व करने वाली सबसे छोटी इकाई को परमाणु कहा जाता है, और विभिन्न परमाणु अलग-अलग पदार्थ बनाते हैं।

परमाणु की संरचना एक नाभिक और नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों से बनी होती है। नाभिक परमाणु आयतन का केवल सौ अरबवां हिस्सा होता है। इसलिए, परमाणु आयतन अतिरिक्त-परमाणु इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित होता है।

इलेक्ट्रॉनों का तरंग-कण द्वैत है। स्थूल पिंडों की गति की तरह इसकी कोई निश्चित कक्षा नहीं होती। यह भविष्यवाणी करना असंभव है कि यह एक निश्चित समय पर परमाणु-अतिरिक्त अंतरिक्ष में कहां दिखाई देगा। हम केवल इसकी संभावना जानते हैं कि यह कहीं न कहीं प्रकट होगा। नाभिक के चारों ओर ऋणावेशित बादल की तरह इसे "इलेक्ट्रॉन बादल" कहा जाता है।

उदाहरण के तौर पर हमारे अर्धचालकों में सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाले तत्व सिलिकॉन को लें। सिलिकॉन के नाभिक के बाहर 14 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिनमें पहली परत में 2 इलेक्ट्रॉन, दूसरी परत में 8 इलेक्ट्रॉन और सबसे बाहरी परत में 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं।

क्रिस्टल में कोई स्पष्ट मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं हैं। सिलिकॉन परमाणु के चार सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन कंडक्टर की तरह सक्रिय नहीं हैं, न ही वे इन्सुलेटर की तरह कसकर बंधे हैं। उनकी गतिविधि कंडक्टर और इन्सुलेटर के बीच होती है, और उनमें अर्धचालक गुण होते हैं। सिलिकॉन बिजली का संचालन कर सकता है, लेकिन इसकी चालकता धातु जितनी अच्छी नहीं है, और यह तापमान बढ़ने के साथ बढ़ती है।

परमाणु पैमाने, परमाणु की सबसे बाहरी परत की कोई सटीक परिभाषा नहीं है। किसी परमाणु की त्रिज्या आमतौर पर आसन्न परमाणुओं के बीच औसत परमाणु दूरी के अनुसार मापी जाती है। तो, सिलिकॉन क्रिस्टल में सिलिकॉन परमाणुओं के बीच की दूरी क्या है?

क्रिस्टल की सबसे बुनियादी ज्यामितीय इकाई को यूनिट सेल कहा जाता है। एक सिलिकॉन क्रिस्टल एक फेस क्यूब है जिसकी भुजा की लंबाई 0.543nm है। सिलिकॉन परमाणु सेल के एक चेहरे को एक समतल के रूप में लें, और सिलिकॉन परमाणुओं को निम्नलिखित चित्र में दिखाए अनुसार व्यवस्थित किया गया है। इस तल में सिलिकॉन परमाणुओं की न्यूनतम दूरी 0.384nm है, और तीन सिलिकॉन परमाणुओं की व्यवस्था चौड़ाई 1.152nm है।

तो, एक घन नैनोमीटर में कितने सिलिकॉन परमाणु होते हैं?

सिलिकॉन परमाणुओं से बने फलक-केंद्रित घन की इकाई कोशिका में, आठ शीर्षों और छह फलकों में से प्रत्येक में एक सिलिकॉन परमाणु होता है, और चार सिलिकॉन परमाणु भी होते हैं, जो चार स्थानिक विकर्णों के 1/4 पर स्थित होते हैं , और प्रत्येक सिलिकॉन यूनिट सेल में परमाणुओं की औसत संख्या 8 (8 × 1/8+6 × 1/2+4 = 8) है।

सिलिकॉन की इकाई सेल पक्ष की लंबाई a (जाली स्थिरांक) है, और a = a=5.4305?(0.543nm) 300K K पर।

8 ÷（0.5433）=49.97≈50，अर्थात्, 1 एनएम में सिलिकॉन परमाणुओं की संख्या 50 है, और सिलिकॉन सामग्री के घनत्व और सिलिकॉन परमाणुओं के द्रव्यमान की गणना करके समान परिणाम प्राप्त किया जा सकता है।

सिलिकॉन की चालकता में सुधार करने के लिए, एन-प्रकार अर्धचालक बनाने के लिए थोड़ी मात्रा में पेंटावैलेंट तत्वों को मिलाया जाता है, या पी-प्रकार अर्धचालक बनाने के लिए थोड़ी मात्रा में त्रिसंयोजक तत्वों को मिलाया जाता है।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि किस प्रकार के तत्वों को डोप किया गया है, सिलिकॉन की जाली संरचना मूल रूप से नहीं बदलेगी, इसलिए परमाणुओं के बीच की दूरी नहीं बदलेगी, 1 एनएम & nbsp; परमाणुओं की संख्या नहीं बदलेगी, यह अभी भी 50 है।

नैनोमीटर पैमाने पर परमाणुओं की गिनती की जा सकती है।

3、परमाणुओं से कार्यात्मक कोशिकाओं तक

फंक्शन सेल क्या है? हम इसे फ़ंक्शन की सबसे छोटी इकाई के रूप में परिभाषित करते हैं। एकीकृत परिपथों में, ट्रांजिस्टर को फंक्शनल सेल के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। बेशक, प्रतिरोधक, संधारित्र, प्रेरक और डायोड भी फंक्शनल सेल ही होते हैं।

कोशिका का कार्य परमाणुओं से बना होता है, और इसके कार्य का एहसास इलेक्ट्रॉनों को नियंत्रित करके प्राप्त किया जाता है। दूसरे शब्दों में, एक कार्यात्मक सेल का कार्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा दिया जाता है, और यदि यह इलेक्ट्रॉनों को उचित रूप से नियंत्रित कर सकता है, तो इसके अनुरूप कार्य होंगे।

इसके कार्यों का एहसास वास्तविक जरूरतों, मानवीय ज्ञान और उन महान आविष्कारों या खोजों से होता है।

आइए एक उदाहरण के रूप में एकीकृत सर्किट में सबसे विशिष्ट कार्यात्मक सेल ट्रांजिस्टर लें।

एक ट्रांजिस्टर के एक कार्यात्मक सेल बनने का कारण यह है कि यह इलेक्ट्रॉनों को प्रभावी ढंग से नियंत्रित कर सकता है।

निम्नलिखित आंकड़ा वर्तमान मुख्यधारा फिनफेट ट्रांजिस्टर को दर्शाता है। गेट पर एक उचित वोल्टेज लगाने से, इलेक्ट्रॉन स्रोत से नाली तक प्रवाहित हो सकते हैं, इस प्रकार करंट उत्पन्न होता है और संचालन होता है।

ट्रांजिस्टर के टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ के माध्यम से, विभिन्न राज्यों का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है, और जब कई ट्रांजिस्टर को एक साथ जोड़ा जाता है, तो अलग-अलग लॉजिक सर्किट बनाए जा सकते हैं, इस प्रकार विभिन्न कार्यों को पूरा किया जा सकता है।

जब तक यह समान कार्य कर सकता है, कार्यात्मक कोशिकाओं की मात्रा जितनी कम होगी, उतना बेहतर होगा। कार्यात्मक कोशिकाएँ कितनी छोटी हो सकती हैं?

मौजूदा सिलिकॉन-आधारित ट्रांजिस्टर के लिए, यह मोटे तौर पर दो कारकों द्वारा प्रतिबंधित है, एक ट्रांजिस्टर में सबसे छोटी संरचना की चौड़ाई है, और दूसरा ट्रांजिस्टर द्वारा कब्जा किया गया क्षेत्र (आयतन) है।

उपरोक्त विश्लेषण से, हम जानते हैं कि अगल-बगल व्यवस्थित तीन सिलिकॉन परमाणुओं की चौड़ाई 1nm से अधिक है। क्या ट्रांजिस्टर की न्यूनतम संरचना चौड़ाई 1 एनएम तक पहुंच सकती है या उससे भी कम हो सकती है? अब निर्णय करना कठिन है. इतनी छोटी चौड़ाई के निर्माण में कठिनाई के अलावा, मौजूदा सिद्धांत के अनुसार काम करने वाले ट्रांजिस्टर का सामान्य रूप से काम करना भी मुश्किल है।

एक नए प्रकार के ट्रांजिस्टर, जैसे एकल परमाणु ट्रांजिस्टर, की न्यूनतम संरचना चौड़ाई केवल एक परमाणु होती है। ट्रांजिस्टर को एक परमाणु को संचालित करके चालू और बंद किया जा सकता है।

ऐसा कहा जाता है कि मोनोएटोमिक ट्रांजिस्टर की ऊर्जा खपत सिलिकॉन-आधारित ट्रांजिस्टर की तुलना में केवल दस हजारवां (1/10000) होगी, जो भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए एक निर्णायक लाभ है।

4、कार्यात्मक कोशिकाओं से सामान्य प्रणालियों तक

कार्यात्मक कोशिकाएँ बहुत छोटी हो सकती हैं, और वर्तमान तकनीक एक नाखून के आकार की चिप पर 10 बिलियन से अधिक ट्रांजिस्टर के एकीकरण का समर्थन कर सकती है। कार्यात्मक कोशिकाओं की बहुलता एक फ़ंक्शन ब्लॉक बना सकती है, जो बदले में एक फ़ंक्शन यूनिट बनाती है, और फ़ंक्शन इकाइयों की बहुलता एक माइक्रोसिस्टम बनाती है।

हालाँकि, मनुष्यों के लिए, उनके उत्पादों का पैमाना मानवीय आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त होना चाहिए, और स्वयं मनुष्यों के पैमाने के बराबर होना चाहिए।

उदाहरण के लिए, मोबाइल फोन और कंप्यूटर, पहले वाले को बार-बार हाथों में पकड़ना पड़ता है, इसलिए इसका आकार मानव हाथ के आकार का होना चाहिए, जबकि दूसरे को डेस्कटॉप या घुटनों पर रखने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसका आकार होता है मानव शरीर क्षैतिज रूप से.

इस प्रकार की प्रणाली, जिसे हम सामान्य प्रणाली कहते हैं, का अर्थ है एक ऐसी प्रणाली जिससे सामान्य लोग संपर्क कर सकें और अक्सर उपयोग कर सकें। सिस्टम अक्सर माइक्रोसिस्टम्स, कार्यात्मक इकाइयों और अंततः कार्यात्मक कोशिकाओं से बने होते हैं।

मनुष्य के पैमाने से मेल खाने की आवश्यकता के कारण, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के उन्नत होने पर भी प्रणाली के पैमाने में ज्यादा बदलाव नहीं आएगा। हालाँकि, मानव की अधिक कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, सिस्टम में निहित कार्यात्मक कोशिकाएं बढ़ती रहेंगी, अर्थात, सिस्टम का फ़ंक्शन घनत्व बढ़ता रहेगा।

इसके अलावा, मानव सभ्यता के विकास की प्रक्रिया में, यह प्रवृत्ति जारी रहेगी, जो कार्य घनत्व के नियम के वर्णन के अनुरूप भी है।

5、निरंतर प्रणाली से बड़ी प्रणाली तक

इसके अलावा, एक अन्य प्रकार की प्रणाली भी है, जो लोगों की सेवा करती है, लेकिन व्यक्तियों की नहीं, बल्कि समूहों की, इसलिए इसका पैमाना बहुत बड़ा हो सकता है। इस प्रकार के सिस्टम को हम जाइंट सिस्टम कहते हैं। उदाहरण के लिए, मानवयुक्त अंतरिक्ष उड़ान प्रणाली, वायरलेस संचार नेटवर्क प्रणाली, जीपीएस वैश्विक उपग्रह पोजिशनिंग प्रणाली इत्यादि।

बड़े पैमाने की प्रणालियाँ आमतौर पर बहुत जटिल होती हैं, और आम तौर पर कई स्थिर प्रणालियों, माइक्रोसिस्टम्स या कार्यात्मक इकाइयों से बनी होती हैं।

उदाहरण के लिए, जीपीएस प्रणाली को तीन भागों में विभाजित किया गया है: अंतरिक्ष भाग, जिसमें 24 उपग्रह होते हैं; ग्राउंड भाग में मुख्य नियंत्रण स्टेशन, मॉनिटरिंग स्टेशन और ग्राउंड एंटीना शामिल हैं; उपयोगकर्ता भाग, यानी, विभिन्न जीपीएस सिग्नल रिसीवर।

जीपीएस प्रणाली विभिन्न मोबाइल उपयोगकर्ताओं जैसे जमीनी वाहनों, जहाजों, हवाई जहाजों, उपग्रहों और अंतरिक्ष यान के लिए वास्तविक समय में उच्च-सटीक स्थिति, गति माप और सटीक समय का प्रदर्शन कर सकती है।

सामान्य प्रणालियों की तरह, बड़ी प्रणालियाँ अधिक कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अपने कार्यात्मक घनत्व को बढ़ाएंगी, और यह प्रवृत्ति मानव सभ्यता के विकास के साथ जारी रहेगी, जो कार्यात्मक घनत्व के नियम के विवरण के अनुरूप भी है।

6、एकीकरण का स्केल सारांश

यहां, हम दो आंकड़ों के साथ एकीकरण के पैमाने का सारांश प्रस्तुत करते हैं।इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम को हम पदानुक्रम के अनुसार छह स्तरों में विभाजित करते हैं, जिसे इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम का छह-स्तरीय वर्गीकरण कहा जाता है।.इनमें कार्यात्मक कोशिका सबसे छोटी कार्यात्मक इकाई है, कार्यात्मक कोशिका → कार्यात्मक ब्लॉक।→कार्यात्मक इकाइयाँ, जो तीन अलग-अलग कार्यात्मक इकाइयाँ हैं, एक माइक्रोसिस्टम बनाती हैं।→सतत प्रणाली→सिस्टम, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

फिर, हम कार्यात्मक कोशिकाओं का विश्लेषण करते हैं और उन्हें पदानुक्रम के अनुसार चार स्तरों में विभाजित करते हैं: मूल कण परमाणु बनाते हैं, परमाणु इकाई कोशिकाएँ बनाते हैं, और इकाई कोशिकाएँ कार्यात्मक कोशिकाएँ बनाती हैं।

इस पेपर में, प्राथमिक कणों से लेकर सबसे जटिल प्रणाली तक जिसे मनुष्य वर्तमान में महसूस कर सकता है, हम उन्हें पैमाने के अनुसार 10(4+6) स्तरों में विभाजित करते हैं। उनमें कार्यात्मक कोशिकाएं सबसे महत्वपूर्ण कड़ी, मूल इकाई और कार्यों की वाहक हैं, ठीक मानव कोशिकाओं की तरह, मानव जीवन की घटक इकाई और ज्ञान की वाहक हैं।

प्रत्येक स्तर या लिंक को अन्वेषण, एहसास, नवप्रवर्तन और विकास तथा मानवीय ज्ञान को इसमें एकीकृत करने के लिए अलग-अलग लोगों की आवश्यकता होती है।

02 मैं तुम्हें प्यार करता हूँ

मनुष्य जिस दुनिया को देख सकता है उसमें केवल तीन स्थानिक आयाम हैं, साथ ही समय भी है, जिसे अक्सर चार-आयामी अंतरिक्ष-समय कहा जाता है।

स्ट्रिंग सिद्धांत में वर्णित 11-आयामी स्पेस-टाइम अपने वास्तविक अस्तित्व को साबित नहीं कर सकता है। यहां तक कि अस्तित्व, सूक्ष्म जगत में सीमित प्राथमिक कणों की तरह, मानव के स्थूल जगत में नहीं देखा जा सकता है, इसलिए इसका मानव गतिविधियों पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

हमारी सामान्य समझ में, शून्य आयाम एक बिंदु है, एक आयाम एक रेखा है, दो आयाम एक तल हैं, और तीन आयाम एक ठोस हैं।

एकीकरण विभिन्न इकाइयों को एक साथ लाने और उनके विशिष्ट कार्यों को साकार करने की प्रक्रिया है। इसलिए, शून्य-आयामी बिंदु और एक-आयामी रेखाएं एकीकरण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। वास्तव में, मुख्य एकीकरण विधियाँ द्वि-आयामी समतलीय एकीकरण और त्रि-आयामी त्रिविम एकीकरण हैं।

व्यवहार में, एकीकरण को केवल द्वि-आयामी और त्रि-आयामी के आधार पर वर्गीकृत करना थोड़ा अनिच्छुक है। उदाहरण के लिए, कुछ लोग विभिन्न प्रकार के चिप स्टैकिंग मोड को अलग करने के लिए "झूठे 3डी" और "असली 3डी" का उपयोग करते हैं।

इस पेपर में, हम एकीकरण को पांच आयामों में विभाजित करते हैं: 2डी, 2डी+, 2.5डी, 3डी और 4डी, ताकि एकीकरण के वर्गीकरण और विभेदीकरण को सुविधाजनक बनाया जा सके और साथ ही, वर्तमान मुख्यधारा के विचारों के साथ संगत किया जा सके।

इसके अलावा, हम दो महत्वपूर्ण मानदंड देते हैं, भौतिक संरचना और विद्युत अंतर्संबंध।

नीचे वर्णित एकीकरण मुख्य रूप से एकीकृत सर्किट पैकेजिंग के क्षेत्र में लक्षित है, और इसे अन्य क्षेत्रों के अनुरूप बनाया जा सकता है।

1、2विभाजित

2DIएकीकरण का अर्थ है कि सभी चिप्स और निष्क्रिय उपकरण क्षैतिज रूप से सब्सट्रेट की सतह पर लगे होते हैं।

सब्सट्रेट की ऊपरी सतह के निचले बाएं कोने को मूल के रूप में, जिस तल पर सब्सट्रेट की ऊपरी सतह स्थित है उसे XY तल के रूप में और सब्सट्रेट के सामान्य को Z अक्ष के रूप में रखकर एक समन्वय प्रणाली बनाएं।

भौतिक संरचना: सभी चिप्स और निष्क्रिय उपकरण सब्सट्रेट विमान पर स्थापित होते हैं, जो XY विमान के सीधे संपर्क में होते हैं, और सब्सट्रेट पर वायरिंग और विअस XY विमान के नीचे स्थित होते हैं; विद्युत इंटरकनेक्शन: सभी को सब्सट्रेट से गुजरना होगा (बॉन्डिंग तारों से सीधे जुड़े कुछ बॉन्डिंग बिंदुओं को छोड़कर)।

हमारी सबसे आम 2डी एकीकरण तकनीक एमसीएम, कुछ एसआईपी और पीसीबी पर लागू होती है।

एमसीएम (मल्टी चिप मॉड्यूल) मल्टी-चिप मॉड्यूल एक पूर्ण घटक है जिसमें उच्च घनत्व में एक ही सब्सट्रेट पर कई नंगे चिप्स लगे होते हैं।

पारंपरिक पैकेजिंग क्षेत्र में, सभी पैकेज चिप-उन्मुख होते हैं, चिप की सेवा करते हैं, चिप की सुरक्षा करते हैं, स्केल अप करते हैं और एकीकरण की किसी भी अवधारणा के बिना विद्युत रूप से कनेक्ट होते हैं। एमसीएम के उदय के साथ, पैकेजिंग में एकीकरण की अवधारणा अस्तित्व में आई है, इसलिए पैकेजिंग का सार भी बदल गया है। एमसीएम पैकेजिंग की अवधारणा को चिप्स से मॉड्यूल, घटकों या सिस्टम में स्थानांतरित करता है।

2डी एकीकृत एसआईपी का प्रक्रिया मार्ग एमसीएम के समान है। 2डी एकीकृत एसआईपी और एमसीएम के बीच मुख्य अंतर यह है कि 2डी एकीकृत एसआईपी का पैमाना एमसीएम से बड़ा है, और यह एक स्वतंत्र प्रणाली बना सकता है।

2डी एकीकरण आरेख

इसके अलावा, FOWLP-आधारित एकीकरण, जैसे INFO, हालांकि कोई सब्सट्रेट नहीं है, को भी 2D एकीकरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। वर्तमान में, एकीकृत सर्किट में ट्रांजिस्टर व्यवस्था भी मूल रूप से 2डी एकीकरण से संबंधित है।

ईडीए डिज़ाइन टूल के लिए 2डी एकीकरण सबसे सरल है। निम्नलिखित चित्र EDA टूल में कार्यान्वित 2D एकीकरण डिज़ाइन को दर्शाता है।

ईडीए टूल्स में 2डी एकीकृत डिजाइन का एहसास हुआ

2、2D+एकीकृत

2डी+ एकीकरण बॉन्डिंग तारों से जुड़े पारंपरिक चिप स्टैक एकीकरण को संदर्भित करता है। कुछ लोग पूछ सकते हैं, क्या चिप स्टैकिंग 3डी नहीं है? इसे 2D+ एकीकरण के रूप में क्यों परिभाषित किया जाना चाहिए?

मुख्य रूप से निम्नलिखित दो कारणों पर आधारित है: 1)3डी एकीकरण वर्तमान में काफी हद तक 3डी टीएसवी के माध्यम से एकीकरण को संदर्भित करता है। वैचारिक भ्रम से बचने के लिए, हम इस पारंपरिक चिप स्टैक को 2D+ एकीकरण के रूप में परिभाषित करते हैं; 2) हालांकि भौतिक संरचना 3डी है, लेकिन इसके विद्युत इंटरकनेक्शन को सब्सट्रेट से गुजरना पड़ता है, यानी, इसे पहले तारों को जोड़कर सब्सट्रेट से जोड़ा जाता है, और फिर सब्सट्रेट पर विद्युत इंटरकनेक्शन किया जाता है। यह 2डी एकीकरण के समान है. 2डी एकीकरण की तुलना में, इसमें संरचनात्मक स्टैकिंग द्वारा सुधार किया जाता है, जो पैकेजिंग स्थान को बचा सकता है, इसलिए इसे 2डी+ एकीकरण कहा जाता है।

भौतिक संरचना: सभी चिप्स और निष्क्रिय उपकरण XY विमान के ऊपर स्थित हैं, कुछ चिप्स सीधे सब्सट्रेट से संपर्क नहीं करते हैं, और सब्सट्रेट पर वायरिंग और vias XY विमान के नीचे स्थित हैं; विद्युत इंटरकनेक्शन: सभी को सब्सट्रेट से गुजरना होगा (बॉन्डिंग तारों से सीधे जुड़े कुछ बॉन्डिंग बिंदुओं को छोड़कर)।

नीचे दिखाए गए कई एकीकरण 2डी+ एकीकरण हैं।

2डी+ एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

इसके अलावा, PoP (पैकेज पर पैकेज) वर्ग के एकीकरण मोड को इसकी भौतिक संरचना और विद्युत कनेक्शन के अनुसार भी आंका जा सकता है, जिसे 2D+ एकीकरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

EDA डिज़ाइन टूल ने हमेशा 2D+ एकीकरण का समर्थन किया है। निम्नलिखित चित्र EDA टूल में कार्यान्वित 2D+ एकीकरण डिज़ाइन को दर्शाता है।

ईडीए टूल्स में 2डी+ इंटीग्रेटेड डिज़ाइन लागू किया गया

3、2.5डी एकीकरण

2.5D, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, 2D और 3D के बीच है। यह आमतौर पर 2डी और कुछ 3डी की विशेषताओं वाले आयाम को संदर्भित करता है। वास्तव में, 2.5D जैसा कोई आयाम नहीं है।

भौतिक संरचना: सभी चिप्स और निष्क्रिय डिवाइस XY विमान से ऊपर हैं, और कम से कम कुछ चिप्स और निष्क्रिय डिवाइस इंटरपोज़र पर स्थापित हैं। XY प्लेन के ऊपर इंटरपोजर की वायरिंग और vias हैं, और XY प्लेन के नीचे सब्सट्रेट की वायरिंग और vias हैं। विद्युत इंटरकनेक्शन: इंटरपोजर इंटरपोजर पर स्थित चिप्स का विद्युत कनेक्शन प्रदान कर सकता है।

2.5डी एकीकरण की कुंजी इंटरपोजर में निहित है, और आम तौर पर कई स्थितियाँ होती हैं: 1) क्या इंटरपोजर सिलिकॉन से बना है, 2) क्या इंटरपोजर टीएसवी से बना है, और 3) क्या इंटरपोजर अन्य सामग्रियों से बना है; सिलिकॉन इंटरपोजर पर, हम थ्रू इंटरपोजर टीएसवी कहते हैं, और ग्लास इंटरपोजर पर, हम इसे टीजीवी कहते हैं।

सिलिकॉन इंटरलेयर में टीएसवी के साथ एकीकरण सबसे आम 2.5डी एकीकरण तकनीक है। चिप आमतौर पर माइक्रोबम्प के माध्यम से इंटरलेयर से जुड़ा होता है, और इंटरलेयर के रूप में सिलिकॉन सब्सट्रेट बम्प द्वारा सब्सट्रेट से जुड़ा होता है। सिलिकॉन सब्सट्रेट की सतह को आरडीएल के माध्यम से तारित किया जाता है, और टीएसवी सिलिकॉन सब्सट्रेट की ऊपरी और निचली सतहों के बीच विद्युत कनेक्शन के लिए चैनल के रूप में कार्य करता है। यह 2.5डी एकीकरण बड़े चिप स्केल और उच्च पिन घनत्व की स्थिति के लिए उपयुक्त है, और चिप आमतौर पर फ्लिपचिप के रूप में सिलिकॉन सब्सट्रेट पर स्थापित की जाती है।

टीएसवी के साथ 2.5डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

टीएसवी के बिना सिलिकॉन इंटरपोजर की 2.5डी एकीकृत संरचना आम तौर पर निम्नलिखित चित्र में दिखाई गई है। एक बड़ी नंगी चिप सीधे सब्सट्रेट पर लगाई जाती है, और इस चिप और सब्सट्रेट के बीच कनेक्शन बॉन्ड वायर या फ्लिप चिप द्वारा बनाया जा सकता है। बड़े क्षेत्र के कारण, कई छोटे नंगे चिप्स को बड़ी चिप के ऊपर लगाया जा सकता है, लेकिन छोटी चिप को सीधे सब्सट्रेट से नहीं जोड़ा जा सकता है, इसलिए एक इंटरपोज़र डालने की आवश्यकता होती है। मध्यवर्ती परत के ऊपर कई नंगे चिप्स स्थापित किए जाते हैं, और आरडीएल वायरिंग को मध्यवर्ती परत पर व्यवस्थित किया जाता है, ताकि चिप्स के संकेतों को मध्यवर्ती परत के किनारे तक ले जाया जा सके, और फिर बॉन्ड वायर के माध्यम से सब्सट्रेट से जोड़ा जा सके। . इस प्रकार के इंटरपोजर को आमतौर पर टीएसवी की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन केवल इंटरपोजर की ऊपरी सतह पर वायरिंग द्वारा विद्युत रूप से इंटरकनेक्ट करने की आवश्यकता होती है, जो बॉन्ड वायर द्वारा पैकेज सब्सट्रेट से जुड़ा होता है।

टीएसवी के बिना 2.5डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

अब, EDA डिज़ाइन टूल को 2.5D एकीकरण के लिए अच्छा समर्थन प्राप्त है। निम्नलिखित चित्र EDA टूल में साकार किए गए 2.5D एकीकरण डिज़ाइन को दर्शाता है।

ईडीए टूल्स में 2.5डी एकीकृत डिजाइन का एहसास हुआ

4、3डी एकीकरण

3डी एकीकरण और 2.5डी एकीकरण के बीच मुख्य अंतर यह है कि 2.5डी एकीकरण इंटरपोजर पर वायरिंग और पंचिंग है, जबकि 3डी एकीकरण ऊपरी और निचले चिप्स को विद्युत रूप से जोड़ने के लिए सीधे चिप पर पंचिंग (टीएसवी) और वायरिंग (आरडीएल) है।

भौतिक संरचना: सभी चिप्स और निष्क्रिय उपकरण XY विमान के ऊपर स्थित होते हैं, और चिप्स एक साथ ढेर हो जाते हैं। XY प्लेन के ऊपर चिप्स से होकर गुजरने वाले TSV हैं, और XY प्लेन के नीचे सब्सट्रेट की वायरिंग और वाया हैं। इलेक्ट्रिकल इंटरकनेक्शन: चिप्स सीधे टीएसवी और आरडीएल के माध्यम से विद्युत रूप से जुड़े होते हैं।

3डी एकीकरण का उपयोग अधिकतर समान चिप स्टैक में किया जाता है। कई समान चिप्स को लंबवत रूप से एक साथ रखा जाता है और चिप स्टैक से गुजरते हुए टीएसवी द्वारा आपस में जोड़ा जाता है, जैसा कि निम्नलिखित आंकड़े में दिखाया गया है। समान चिप एकीकरण का उपयोग ज्यादातर मेमोरी एकीकरण में किया जाता है, जैसे DRAM स्टैक, फ्लैश स्टैक इत्यादि।

समान चिप्स के 3डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

विभिन्न चिप्स के 3डी एकीकरण में, दो अलग-अलग चिप्स को आम तौर पर लंबवत रूप से स्टैक किया जाता है, टीएसवी द्वारा विद्युत रूप से एक साथ जोड़ा जाता है, और अंतर्निहित सब्सट्रेट के साथ इंटरकनेक्ट किया जाता है। कभी-कभी, ऊपरी और निचली परतों के टीएसवी को जोड़ने के लिए चिप की सतह पर आरडीएल बनाने की आवश्यकता होती है।

विभिन्न चिप्स के 3डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

इसके अलावा, वर्तमान 3डी नंद फ्लैश एक 3डी एकीकरण तकनीक है, जो सीधे चिप पर मल्टी-लेयर मेमोरी सेल बनाती है। इसके अलावा, वर्तमान 3डी नंद फ्लैश एक 3डी एकीकरण तकनीक है, जो सीधे चिप पर मल्टी-लेयर मेमोरी सेल बनाती है। टुकड़ा।

अब, ईडीए डिज़ाइन टूल को 3डी एकीकरण के लिए अच्छा समर्थन प्राप्त है। निम्नलिखित चित्र EDA टूल में कार्यान्वित 3D एकीकरण डिज़ाइन को दर्शाता है।

ईडीए टूल्स में 3डी एकीकृत डिजाइन का एहसास हुआ

5、4डी एकीकरण

हमने 2डी, 2डी+, 2.5डी, 3डी एकीकरण और 4डी एकीकरण पेश किया। उन्हें कैसे परिभाषित किया गया है?

ऊपर उल्लिखित कई एकीकरणों में, सभी चिप्स, इंटरपोज़र और सब्सट्रेट्स के Z अक्ष त्रि-आयामी समन्वय प्रणाली में लंबवत ऊपर की ओर होते हैं, यानी, सभी सब्सट्रेट्स और चिप्स समानांतर में स्थापित होते हैं। 4डी एकीकरण में, यह स्थिति बदल गई है।

जब विभिन्न सब्सट्रेट्स के XY विमान समानांतर नहीं होते हैं, यानी, विभिन्न सब्सट्रेट्स की Z अक्ष दिशाएं ऑफसेट होती हैं, तो हम इस तरह के एकीकरण को 4D एकीकरण के रूप में परिभाषित कर सकते हैं। भौतिक संरचना: कई सब्सट्रेट गैर-समानांतर तरीके से स्थापित किए जाते हैं, और प्रत्येक सब्सट्रेट घटकों से सुसज्जित होता है, इसलिए घटकों की स्थापना के तरीके विविध होते हैं। विद्युत इंटरकनेक्शन: सब्सट्रेट लचीले सर्किट या सोल्डरिंग द्वारा जुड़े होते हैं, और सब्सट्रेट पर चिप्स के विद्युत कनेक्शन विविध होते हैं।

कठोर-लचीले सब्सट्रेट पर आधारित 4डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

गैस-तंग सिरेमिक 4डी एकीकरण का योजनाबद्ध आरेख

4डी एकीकरण की परिभाषा मुख्य रूप से कई सब्सट्रेट्स के अभिविन्यास और इंटरकनेक्शन के बारे में है, इसलिए 4डी एकीकरण में, प्रत्येक सब्सट्रेट में 2डी, 2डी+, 2.5डी और 3डी एकीकरण विधियां शामिल हो सकती हैं।

4D एकीकरण तकनीक उन समस्याओं को हल कर सकती है जिन्हें समानांतर त्रि-आयामी स्टैकिंग द्वारा हल नहीं किया जा सकता है, अधिक से अधिक लचीली चिप स्थापना स्थान प्रदान करता है, उच्च-शक्ति चिप्स की गर्मी अपव्यय समस्या को हल करता है, और एयरोस्पेस में वायुरोधी समस्या पर ध्यान देता है। और अन्य क्षेत्र.

अब, EDA डिज़ाइन टूल को 4D एकीकरण के लिए भी अच्छा समर्थन प्राप्त है। निम्नलिखित चित्र EDA टूल में कार्यान्वित 4D एकीकरण डिज़ाइन को दर्शाता है।

ईडीए टूल्स में 4डी एकीकृत डिजाइन का एहसास हुआ

4डी एकीकरण तकनीक एकीकरण के लचीलेपन और विविधीकरण में सुधार करती है। भविष्य की ओर देखते हुए, 4डी एकीकरण निश्चित रूप से विभिन्न एकीकरण आयामों के बीच एक स्थान लेगा, और 2डी, 2डी+, 2.5डी और 3डी एकीकरण प्रौद्योगिकियों के बाद एक महत्वपूर्ण एकीकरण तकनीक बन जाएगा।

सख्त भौतिक अर्थ में, मौजूदा मानव अनुभूति के अनुसार, सभी वस्तुएं त्रि-आयामी हैं, और द्वि-आयामी फ़ॉइल मौजूद नहीं है, इसलिए चार-आयामी स्थान को सत्यापित करने की आवश्यकता है।

विभिन्न एकीकरण मोड को अलग करने के लिए, हम उन्हें पांच एकीकरण आयामों में विभाजित करते हैं: 2डी, 2डी+, 2.5डी, 3डी, 4डी।

6、एकीकरण का आयाम सारांश

यहां, हम एकीकरण के आयामों को संक्षेप में प्रस्तुत करने के लिए एक चित्र का उपयोग करते हैं, जैसा कि निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है, ईडीए डिज़ाइन चित्र जिसमें पांच एकीकरण आयाम और प्रत्येक आयाम में निहित विशिष्ट एकीकरण प्रकार शामिल हैं।

03 सारांश में

आम तौर पर, एकीकरण का तात्पर्य मानवीय गतिविधियों से है, प्राकृतिक प्रक्रियाओं से नहीं। इसलिए, मनुष्य के लिए दुनिया को बदलने के लिए एकीकरण भी एक महत्वपूर्ण साधन है।

इस लेख में, हम आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक एकीकरण तकनीक का दो पहलुओं से विश्लेषण करते हैं: पैमाने और आयाम। दोनों अंतरिक्ष की श्रेणी से संबंधित हैं, एक अंतरिक्ष के आकार का प्रतिनिधित्व करता है और दूसरा अंतरिक्ष के अभिविन्यास का प्रतिनिधित्व करता है।

एकीकरण का पैमाना सबसे छोटे प्राथमिक कण से लेकर सबसे जटिल बड़ी प्रणाली तक होता है, और इसे 10 स्तरों में वर्णित किया गया है। एकीकृत आयाम वर्गीकरण और विवरण के लिए पांच आयामों को परिभाषित करता है। एकीकरण का पैमाना सबसे छोटे प्राथमिक कण से लेकर सबसे जटिल बड़ी प्रणाली तक होता है, और इसे 10 स्तरों में वर्णित किया गया है। एकीकृत आयाम वर्गीकरण और विवरण के लिए पाँच आयामों को परिभाषित करता है।

स्थानिक अक्ष से एकीकरण का हमारा विवरण पर्याप्त है।

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