Горячая линия
Обозреватель
Обозреватель
Основная терминология современной упаковки
2024-03-22
2813
Усовершенствованная упаковка — главное технологическое достижение эпохи «Больше, чем Мур». Поскольку миниатюризация чипов становится все более сложной и дорогостоящей на каждом узле процесса, инженеры предпочитают размещать несколько чипов в усовершенствованной упаковке вместо дальнейшего сжатия отдельных чипов. В этой статье представлено краткое введение в десять наиболее распространенных терминов в области передовых упаковочных технологий.
2.5D упаковка
2.5D-упаковка — это усовершенствованная технология традиционной 2D-упаковки микросхем, позволяющая более точно маршрутизировать и использовать пространство. В 2.5D-корпусах стопки голых кристаллов или расположенные рядом друг с другом расположены поверх переходника с кремниевыми сквозными кремниевыми переходами (TSV). База, которая является промежуточным устройством, облегчает соединение между чипами.
2.5D-упаковка обычно используется в высокопроизводительных ASIC, FPGA, графических процессорах и кубах памяти. В 2008 году Xilinx разделила свою большую FPGA на четыре меньших по размеру и более производительных чипа, соединенных через кремниевый переходник. Это ознаменовало начало 2.5D-упаковки, которая позже получила широкое распространение для интеграции процессоров с высокоскоростной памятью (HBM).
3D упаковка
В корпусе 3D-ИС логические кристаллы объединяются вместе или со стопками кристаллов памяти без необходимости создания большой системы на кристалле (SoC). Голые кристаллы соединены между собой через активный промежуточный слой. В то время как в корпусе 2.5D IC используются проводящие выступы или TSV для укладки компонентов на промежуточном устройстве, в корпусе 3D IC соединяются несколько слоев кремниевых пластин с компонентами с поддержкой TSV.
Технология TSV служит важнейшей технологией создания корпусов 2.5D и 3D ИС, а полупроводниковая промышленность использует технологию HBM для производства микросхем DRAM для корпусов 3D ИС.
Чиплет
В библиотеке чиплетов имеется ряд модульных микросхем, которые можно интегрировать в корпус с использованием технологии межкристального соединения. Чиплеты представляют собой еще одну форму корпуса 3D-ИС, обеспечивающую гетерогенную интеграцию КМОП- и не-КМОП-компонентов. Другими словами, это меньшие по размеру системы на кристаллах (SoC), известные как чиплеты, а не большие SoC внутри корпуса.
Разбивка больших SoC на более мелкие чипы обеспечивает более высокую производительность и более низкие затраты по сравнению с отдельными кристаллами. Чиплеты позволяют разработчикам использовать различные IP-адреса, не ограничиваясь технологическими узлами или производственными технологиями. Их можно изготовить с использованием различных материалов, включая кремний, стекло и ламинаты.
Разветвленная упаковка
В разветвленной упаковке «соединения» располагаются на поверхности чипа веером, чтобы обеспечить больше внешних вводов-выводов. В нем используется эпоксидный формовочный компаунд (ЭМС) для полной заделки голых кристаллов, исключая такие этапы процесса, как удары пластины, недостаточное заполнение, соединение перевернутых кристаллов, очистка, нанесение нижнего слоя, отверждение и необходимость использования промежуточного слоя, что упрощает гетерогенную интеграцию.
По сравнению с другими типами упаковки, технология разветвления предлагает меньшие форм-факторы с большим количеством входов-выходов. В 2016 году это позволило Apple интегрировать свой 16-нанометровый процессор приложений с мобильной DRAM с использованием технологии упаковки TSMC в единый корпус для iPhone 7, зарекомендовав себя как технологический выдающийся продукт.
Корпуса уровня пластины с разветвлением (FOWLP)
Технология FOWLP представляет собой усовершенствованную версию упаковки на уровне пластины (WLP), которая обеспечивает больше внешних соединений для кремниевых чипов. Он включает в себя заливку чипа в эпоксидный формовочный компаунд, затем создание перераспределительного слоя высокой плотности (RDL) на поверхности пластины и нанесение шариков припоя для формирования восстановленной пластины.
Обычно обработанные пластины сначала нарезают кубиками на отдельные голые матрицы, которые затем диспергируют и помещают на несущую структуру с заполнением промежутков для формирования восстановленной пластины. FOWLP обеспечивает значительное количество соединений между корпусом и печатной платой, а поскольку подложка больше, чем голый кристалл, расстояние между голыми кристаллами на самом деле меньше.
Гетерогенная интеграция
Гетерогенная интеграция предполагает объединение отдельно изготовленных различных компонентов в сборку более высокого уровня, тем самым расширяя функциональность и улучшая эксплуатационные характеристики. В результате производители полупроводниковых компонентов могут интегрировать функциональные компоненты, используя разные технологические процессы, в один компонент.
Гетерогенная интеграция аналогична системе в корпусе (SiP), но вместо интеграции нескольких голых кристаллов на одной подложке она предполагает интеграцию нескольких IP-адресов в виде микросхем на одной подложке. Фундаментальная концепция гетерогенной интеграции заключается в объединении нескольких компонентов с разными функциями в одном пакете.
HBM
HBM — это стандартизированная технология стековой памяти, которая обеспечивает каналы с высокой пропускной способностью для данных внутри стека, а также между памятью и логическими компонентами. Упаковка HBM объединяет кристаллы памяти и соединяет их через TSV для создания большего количества операций ввода-вывода и увеличения пропускной способности.
HBM, стандарт JEDEC, вертикально интегрирует несколько уровней компонентов DRAM в одном пакете вместе с процессорами приложений, графическими процессорами и SoC. HBM в основном реализуется в виде 2.5D-упаковки для высокопроизводительных серверов и сетевых чипов. Последняя версия HBM2 устраняет ограничения емкости и тактовой частоты, наблюдавшиеся в исходной версии HBM.
Интерпосер
Интерпозер — это канал для передачи электрических сигналов между несколькими кристаллами микросхем или печатными платами внутри корпуса. Он служит электрическим интерфейсом между розетками или разъемами, позволяя сигналам передаваться на большие расстояния и подключаться к другим разъемам на плате.
Переходники могут быть изготовлены из кремния или органических материалов и действовать как мост между несколькими кристаллами микросхем и печатными платами. Кремниевые переходники — это проверенная технология, известная своей высокой плотностью ввода-вывода и возможностями формирования TSV, играющая решающую роль в упаковке 2.5D и 3D микросхем.
Уровень перераспределения
Уровень перераспределения состоит из медных межсоединений или дорожек, используемых для установления электрических соединений между различными частями корпуса. Это металлический или высокополимерный диэлектрический слой, который позволяет размещать в корпусе голые кристаллы, уменьшая шаг ввода-вывода в больших сборках микросхем. Уровень перераспределения стал неотъемлемой частью 2.5D- и 3D-упаковочных решений, позволяя чипам взаимодействовать друг с другом через интерпозер.
Сквозное кремниевое отверстие (TSV)
TSV — это ключевая технология для 2.5D- и 3D-упаковочных решений, включающая заполнение пластин медью для обеспечения вертикальных соединений через голые кремниевые пластины. Он проходит через весь чип, чтобы облегчить электрические соединения, создавая кратчайший путь от одной стороны чипа к другой.
Этот процесс включает в себя травление сквозных отверстий или полостей на передней стороне пластины на определенную глубину, их изоляцию и заполнение проводящим материалом (обычно медью). После изготовления чипа пластина утончается с задней стороны, чтобы обнажить сквозные кремниевые переходы и металл, нанесенный на обратную сторону пластины, завершая межсоединения TSV.
2.5D упаковка
2.5D-упаковка — это усовершенствованная технология традиционной 2D-упаковки микросхем, позволяющая более точно маршрутизировать и использовать пространство. В 2.5D-корпусах стопки голых кристаллов или расположенные рядом друг с другом расположены поверх переходника с кремниевыми сквозными кремниевыми переходами (TSV). База, которая является промежуточным устройством, облегчает соединение между чипами.
2.5D-упаковка обычно используется в высокопроизводительных ASIC, FPGA, графических процессорах и кубах памяти. В 2008 году Xilinx разделила свою большую FPGA на четыре меньших по размеру и более производительных чипа, соединенных через кремниевый переходник. Это ознаменовало начало 2.5D-упаковки, которая позже получила широкое распространение для интеграции процессоров с высокоскоростной памятью (HBM).
Принципиальная схема упаковки 2.5D
3D упаковка
В корпусе 3D-ИС логические кристаллы объединяются вместе или со стопками кристаллов памяти без необходимости создания большой системы на кристалле (SoC). Голые кристаллы соединены между собой через активный промежуточный слой. В то время как в корпусе 2.5D IC используются проводящие выступы или TSV для укладки компонентов на промежуточном устройстве, в корпусе 3D IC соединяются несколько слоев кремниевых пластин с компонентами с поддержкой TSV.
Технология TSV служит важнейшей технологией создания корпусов 2.5D и 3D ИС, а полупроводниковая промышленность использует технологию HBM для производства микросхем DRAM для корпусов 3D ИС.
Из поперечного сечения 3D-корпуса видно, что вертикальное соединение между кремниевыми чипами достигается посредством металлических медных TSV.
Чиплет
В библиотеке чиплетов имеется ряд модульных микросхем, которые можно интегрировать в корпус с использованием технологии межкристального соединения. Чиплеты представляют собой еще одну форму корпуса 3D-ИС, обеспечивающую гетерогенную интеграцию КМОП- и не-КМОП-компонентов. Другими словами, это меньшие по размеру системы на кристаллах (SoC), известные как чиплеты, а не большие SoC внутри корпуса.
Разбивка больших SoC на более мелкие чипы обеспечивает более высокую производительность и более низкие затраты по сравнению с отдельными кристаллами. Чиплеты позволяют разработчикам использовать различные IP-адреса, не ограничиваясь технологическими узлами или производственными технологиями. Их можно изготовить с использованием различных материалов, включая кремний, стекло и ламинаты.
Система на основе чиплетов состоит из нескольких чиплетов на промежуточном слое.
Разветвленная упаковка
В разветвленной упаковке «соединения» располагаются на поверхности чипа веером, чтобы обеспечить больше внешних вводов-выводов. В нем используется эпоксидный формовочный компаунд (ЭМС) для полной заделки голых кристаллов, исключая такие этапы процесса, как удары пластины, недостаточное заполнение, соединение перевернутых кристаллов, очистка, нанесение нижнего слоя, отверждение и необходимость использования промежуточного слоя, что упрощает гетерогенную интеграцию.
По сравнению с другими типами упаковки, технология разветвления предлагает меньшие форм-факторы с большим количеством входов-выходов. В 2016 году это позволило Apple интегрировать свой 16-нанометровый процессор приложений с мобильной DRAM с использованием технологии упаковки TSMC в единый корпус для iPhone 7, зарекомендовав себя как технологический выдающийся продукт.
Разветвленная упаковка
Корпуса уровня пластины с разветвлением (FOWLP)
Технология FOWLP представляет собой усовершенствованную версию упаковки на уровне пластины (WLP), которая обеспечивает больше внешних соединений для кремниевых чипов. Он включает в себя заливку чипа в эпоксидный формовочный компаунд, затем создание перераспределительного слоя высокой плотности (RDL) на поверхности пластины и нанесение шариков припоя для формирования восстановленной пластины.
Обычно обработанные пластины сначала нарезают кубиками на отдельные голые матрицы, которые затем диспергируют и помещают на несущую структуру с заполнением промежутков для формирования восстановленной пластины. FOWLP обеспечивает значительное количество соединений между корпусом и печатной платой, а поскольку подложка больше, чем голый кристалл, расстояние между голыми кристаллами на самом деле меньше.
Разветвленная упаковка
Гетерогенная интеграция
Гетерогенная интеграция предполагает объединение отдельно изготовленных различных компонентов в сборку более высокого уровня, тем самым расширяя функциональность и улучшая эксплуатационные характеристики. В результате производители полупроводниковых компонентов могут интегрировать функциональные компоненты, используя разные технологические процессы, в один компонент.
Гетерогенная интеграция аналогична системе в корпусе (SiP), но вместо интеграции нескольких голых кристаллов на одной подложке она предполагает интеграцию нескольких IP-адресов в виде микросхем на одной подложке. Фундаментальная концепция гетерогенной интеграции заключается в объединении нескольких компонентов с разными функциями в одном пакете.
Строительные блоки технологий гетерогенной интеграции
HBM
HBM — это стандартизированная технология стековой памяти, которая обеспечивает каналы с высокой пропускной способностью для данных внутри стека, а также между памятью и логическими компонентами. Упаковка HBM объединяет кристаллы памяти и соединяет их через TSV для создания большего количества операций ввода-вывода и увеличения пропускной способности.
HBM, стандарт JEDEC, вертикально интегрирует несколько уровней компонентов DRAM в одном пакете вместе с процессорами приложений, графическими процессорами и SoC. HBM в основном реализуется в виде 2.5D-упаковки для высокопроизводительных серверов и сетевых чипов. Последняя версия HBM2 устраняет ограничения емкости и тактовой частоты, наблюдавшиеся в исходной версии HBM.
HBM
Интерпосер
Интерпозер — это канал для передачи электрических сигналов между несколькими кристаллами микросхем или печатными платами внутри корпуса. Он служит электрическим интерфейсом между розетками или разъемами, позволяя сигналам передаваться на большие расстояния и подключаться к другим разъемам на плате.
Переходники могут быть изготовлены из кремния или органических материалов и действовать как мост между несколькими кристаллами микросхем и печатными платами. Кремниевые переходники — это проверенная технология, известная своей высокой плотностью ввода-вывода и возможностями формирования TSV, играющая решающую роль в упаковке 2.5D и 3D микросхем.
Типичные реализации Interposer при разделении системы
Уровень перераспределения
Уровень перераспределения состоит из медных межсоединений или дорожек, используемых для установления электрических соединений между различными частями корпуса. Это металлический или высокополимерный диэлектрический слой, который позволяет размещать в корпусе голые кристаллы, уменьшая шаг ввода-вывода в больших сборках микросхем. Уровень перераспределения стал неотъемлемой частью 2.5D- и 3D-упаковочных решений, позволяя чипам взаимодействовать друг с другом через интерпозер.
Интегрированная упаковка с использованием уровня перераспределения
Сквозное кремниевое отверстие (TSV)
TSV — это ключевая технология для 2.5D- и 3D-упаковочных решений, включающая заполнение пластин медью для обеспечения вертикальных соединений через голые кремниевые пластины. Он проходит через весь чип, чтобы облегчить электрические соединения, создавая кратчайший путь от одной стороны чипа к другой.
Этот процесс включает в себя травление сквозных отверстий или полостей на передней стороне пластины на определенную глубину, их изоляцию и заполнение проводящим материалом (обычно медью). После изготовления чипа пластина утончается с задней стороны, чтобы обнажить сквозные кремниевые переходы и металл, нанесенный на обратную сторону пластины, завершая межсоединения TSV.
В корпусе TSV чипы DRAM заземлены, прорезаны и подключены к электродам.
Связанные рекомендации
粤公网安备44030002007346号