servis Hattı
köşe yazarı
köşe yazarı
Gelişmiş paketlemenin temel terminolojisi
2024-03-22
2813
Gelişmiş paketleme, "Moore'dan Daha Fazlası" döneminin önemli bir teknolojik özelliğidir. Çipin minyatürleştirilmesi her proses düğümünde giderek daha zorlu ve maliyetli hale geldikçe, mühendisler tek tek çipleri daha da küçültmek yerine birden fazla çipi gelişmiş ambalajlara yerleştirmeyi tercih ediyor. Bu makale, ileri paketleme teknolojisindeki en yaygın on terime kısa bir giriş sağlayacaktır.
2.5D paketleme
2.5D paketleme, geleneksel 2D IC paketleme teknolojisinden daha gelişmiş bir yönlendirme ve mekansal kullanıma olanak tanıyan bir gelişmedir. 2.5D paketlemede, çıplak kalıp yığınları veya yan yana yerleştirmeler, silikon geçişli silikon yollara (TSV'ler) sahip bir ara elemanın üzerine oturur. Aracı olan taban, çipler arasındaki bağlantıyı kolaylaştırır.
2.5D paketleme, ileri teknoloji ASIC'lerde, FPGA'larda, GPU'larda ve bellek küplerinde yaygın olarak kullanılır. 2008 yılında Xilinx, büyük FPGA'sını silikon bir aracı aracılığıyla bağlanan dört küçük, daha yüksek verimli yongaya böldü. Bu, daha sonra Yüksek Bant Genişlikli Bellek (HBM) işlemci entegrasyonu için yaygın olarak benimsenen 2.5D paketlemenin başlangıcını işaret ediyordu.
3D Ambalaj
3D IC paketlemede, büyük bir Çip Üzerinde Sistem (SoC) oluşturmaya gerek kalmadan mantıksal kalıp yığınları birlikte veya bellek kalıp yığınlarıyla birlikte istiflenir. Çıplak kalıplar aktif bir ara katman aracılığıyla birbirine bağlanır. 2.5D IC paketleme, bileşenleri aracı üzerinde istiflemek için iletken tümsekler veya TSV'ler kullanırken, 3D IC paketleme, çok sayıda silikon levha katmanını TSV özellikli bileşenlerle birleştirir.
TSV teknolojisi, 2.5D ve 3D IC paketlemede çok önemli bir etkinleştirme teknolojisi olarak hizmet ediyor ve yarı iletken endüstrisi, 3D IC paketleme için DRAM yongaları üretmek amacıyla HBM teknolojisini kullanıyor.
yonga
Chiplet kütüphanesinde, kalıptan kalıba ara bağlantı teknolojisi kullanılarak paketlemeye entegre edilebilecek bir dizi modüler çip bulunmaktadır. Chiplet'ler, CMOS ve CMOS olmayan bileşenlerin heterojen entegrasyonunu sağlayan başka bir 3D IC paketleme biçimini temsil eder. Başka bir deyişle, bunlar paket içindeki büyük SoC'lerden ziyade chiplet olarak bilinen daha küçük Chips-on-Chip'lerdir (SoC'ler).
Büyük SoC'leri daha küçük yongalara bölmek, bireysel çıplak kalıplara kıyasla daha yüksek verim ve daha düşük maliyetler sunar. Chiplet'ler, tasarımcıların süreç düğümleri veya üretim teknolojileri tarafından kısıtlanmadan çeşitli IP'lerden yararlanmasına olanak tanır. Silikon, cam ve laminatlar dahil olmak üzere çeşitli malzemeler kullanılarak üretilebilirler.
Fan Çıkışlı Paketleme
Yayılma paketlemesinde, daha fazla harici G/Ç sağlamak için "bağlantılar" çip yüzeyine yayılır. Çıplak kalıpları tamamen gömmek için epoksi kalıplama bileşiği (EMC) kullanır; levha darbeleme, yetersiz doldurma, flip-chip bağlama, temizleme, alttan dağıtım, sertleştirme ve bir ara katman ihtiyacı gibi işlem adımlarını ortadan kaldırarak heterojen entegrasyonu daha basit hale getirir.
Diğer ambalaj türleriyle karşılaştırıldığında, yayma teknolojisi daha fazla G/Ç ile daha küçük form faktörleri sunar. 2016 yılında Apple'ın, TSMC'nin paketleme teknolojisini kullanarak 16 nanometrelik uygulama işlemcisini mobil DRAM ile iPhone 7 için tek bir pakette entegre etmesini sağlayarak teknolojik açıdan öne çıkan bir firma haline geldi.
Fan-Out Gofret Düzeyinde Paketleme (FOWLP)
FOWLP teknolojisi, silikon yongalar için daha fazla harici bağlantıya olanak tanıyan, levha düzeyinde paketleme (WLP) üzerine yapılan bir gelişmedir. Çipin bir epoksi kalıplama bileşiğine gömülmesini, ardından levha yüzeyinde yüksek yoğunluklu bir yeniden dağıtım katmanının (RDL) oluşturulmasını ve yeniden yapılandırılmış bir levha oluşturmak için lehim toplarının uygulanmasını içerir.
Tipik olarak, işlenmiş gofretler ilk önce bireysel çıplak kalıplar halinde kesilir, bunlar daha sonra dağıtılır ve yeniden yapılandırılmış gofreti oluşturmak için boşluklar doldurularak bir taşıyıcı yapı üzerine yerleştirilir. FOWLP, ambalaj ile uygulama devre kartı arasında önemli sayıda bağlantı sağlar ve alt tabaka çıplak kalıptan daha büyük olduğundan çıplak kalıpların aralığı aslında daha rahattır.
Heterojen Entegrasyon
Heterojen entegrasyon, ayrı ayrı üretilen farklı bileşenlerin daha yüksek düzeyde bir düzenekte birleştirilmesini, böylece işlevselliğin arttırılmasını ve operasyonel özelliklerin iyileştirilmesini içerir. Sonuç olarak yarı iletken bileşen üreticileri, farklı süreç akışlarını kullanan fonksiyonel bileşenleri tek bir bileşene entegre edebilir.
Heterojen entegrasyon, Paket İçi Sistem'e (SiP) benzer, ancak birden fazla çıplak kalıbı tek bir alt katmana entegre etmek yerine, birden fazla IP'yi tek bir alt katmana yonga şeklinde entegre etmeyi içerir. Heterojen entegrasyonun temel konsepti, farklı işlevselliklere sahip birden fazla bileşenin aynı pakette birleştirilmesidir.
HBM
HBM, yığın içindeki ve bellek ile mantık bileşenleri arasındaki veriler için yüksek bant genişlikli kanallar sağlayan standartlaştırılmış bir yığın bellek teknolojisidir. HBM paketleme, bellek kalıplarını bir araya toplar ve daha fazla G/Ç ve bant genişliği oluşturmak için bunları TSV'ler aracılığıyla birbirine bağlar.
Bir JEDEC standardı olan HBM, uygulama işlemcileri, GPU'lar ve SoC'lerin yanı sıra paket içindeki birden fazla DRAM bileşeni katmanını dikey olarak entegre eder. HBM, öncelikle üst düzey sunucular ve ağ yongaları için 2.5D paketleme biçiminde uygulanır. En son sürüm olan HBM2, ilk HBM sürümünde görülen kapasite ve saat hızı sınırlamalarına yöneliktir.
aracı
Aracı, bir paket içindeki birden fazla çip kalıbı veya devre kartı arasında elektrik sinyallerini iletmek için kullanılan bir kanaldır. Soketler veya konnektörler arasında elektriksel arayüz görevi görerek sinyallerin daha uzun mesafelere gitmesini ve karttaki diğer soketlere bağlanmasını sağlar.
Aracılar, çoklu çip kalıpları ve devre kartları arasında köprü görevi gören silikon veya organik malzemelerden yapılabilir. Silikon aracılar, yüksek yoğunluklu I/O ve TSV oluşturma yetenekleriyle bilinen, 2.5D ve 3D IC çip paketlemede önemli bir rol oynayan kanıtlanmış bir teknolojidir.
Yeniden Dağıtım Katmanı
Yeniden dağıtım katmanı, paketin çeşitli parçaları arasında elektrik bağlantıları kurmak için kullanılan bakır ara bağlantılardan veya izlerden oluşur. Çıplak kalıpların paket içinde istiflenmesine olanak tanıyan, büyük çip düzeneklerinin I/O aralığını azaltan metal veya yüksek polimerli bir dielektrik katmandır. Yeniden dağıtım katmanı, 2.5D ve 3D paketleme çözümlerinin ayrılmaz bir parçası haline geldi ve üzerindeki çiplerin aracı aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmasını sağladı.
İçten Silikon Yoluyla (TSV)
TSV, çıplak silikon levhalar aracılığıyla dikey ara bağlantılar sağlamak üzere levhalara bakırın doldurulmasını içeren, 2.5D ve 3D paketleme çözümleri için önemli bir olanak sağlayan teknolojidir. Elektrik bağlantılarını kolaylaştırmak için çipin tamamını geçerek çipin bir tarafından diğerine en kısa yolu oluşturur.
İşlem, levhanın ön tarafından belirli bir derinliğe kadar delikler veya oyuklar açılmasını, bunların yalıtılmasını ve iletken malzemeyle (tipik olarak bakır) doldurulmasını içerir. Çip imalatından sonra, Geçişli Silikon Yolları ve levhanın arka tarafında biriken metali açığa çıkarmak için levha arka taraftan inceltilir ve TSV ara bağlantıları tamamlanır.
2.5D paketleme
2.5D paketleme, geleneksel 2D IC paketleme teknolojisinden daha gelişmiş bir yönlendirme ve mekansal kullanıma olanak tanıyan bir gelişmedir. 2.5D paketlemede, çıplak kalıp yığınları veya yan yana yerleştirmeler, silikon geçişli silikon yollara (TSV'ler) sahip bir ara elemanın üzerine oturur. Aracı olan taban, çipler arasındaki bağlantıyı kolaylaştırır.
2.5D paketleme, ileri teknoloji ASIC'lerde, FPGA'larda, GPU'larda ve bellek küplerinde yaygın olarak kullanılır. 2008 yılında Xilinx, büyük FPGA'sını silikon bir aracı aracılığıyla bağlanan dört küçük, daha yüksek verimli yongaya böldü. Bu, daha sonra Yüksek Bant Genişlikli Bellek (HBM) işlemci entegrasyonu için yaygın olarak benimsenen 2.5D paketlemenin başlangıcını işaret ediyordu.
2.5D Paketleme Şematik Diyagramı
3D Ambalaj
3D IC paketlemede, büyük bir Çip Üzerinde Sistem (SoC) oluşturmaya gerek kalmadan mantıksal kalıp yığınları birlikte veya bellek kalıp yığınlarıyla birlikte istiflenir. Çıplak kalıplar aktif bir ara katman aracılığıyla birbirine bağlanır. 2.5D IC paketleme, bileşenleri aracı üzerinde istiflemek için iletken tümsekler veya TSV'ler kullanırken, 3D IC paketleme, çok sayıda silikon levha katmanını TSV özellikli bileşenlerle birleştirir.
TSV teknolojisi, 2.5D ve 3D IC paketlemede çok önemli bir etkinleştirme teknolojisi olarak hizmet ediyor ve yarı iletken endüstrisi, 3D IC paketleme için DRAM yongaları üretmek amacıyla HBM teknolojisini kullanıyor.
3D ambalajın kesit görünümünden silikon çipler arasındaki dikey bağlantının metal bakır TSV'ler aracılığıyla sağlandığı gözlemlenebilir.
yonga
Chiplet kütüphanesinde, kalıptan kalıba ara bağlantı teknolojisi kullanılarak paketlemeye entegre edilebilecek bir dizi modüler çip bulunmaktadır. Chiplet'ler, CMOS ve CMOS olmayan bileşenlerin heterojen entegrasyonunu sağlayan başka bir 3D IC paketleme biçimini temsil eder. Başka bir deyişle, bunlar paket içindeki büyük SoC'lerden ziyade chiplet olarak bilinen daha küçük Chips-on-Chip'lerdir (SoC'ler).
Büyük SoC'leri daha küçük yongalara bölmek, bireysel çıplak kalıplara kıyasla daha yüksek verim ve daha düşük maliyetler sunar. Chiplet'ler, tasarımcıların süreç düğümleri veya üretim teknolojileri tarafından kısıtlanmadan çeşitli IP'lerden yararlanmasına olanak tanır. Silikon, cam ve laminatlar dahil olmak üzere çeşitli malzemeler kullanılarak üretilebilirler.
Chiplet tabanlı bir sistem, bir aracı katman üzerindeki birden fazla yongadan oluşur
Fan Çıkışlı Paketleme
Yayılma paketlemesinde, daha fazla harici G/Ç sağlamak için "bağlantılar" çip yüzeyine yayılır. Çıplak kalıpları tamamen gömmek için epoksi kalıplama bileşiği (EMC) kullanır; levha darbeleme, yetersiz doldurma, flip-chip bağlama, temizleme, alttan dağıtım, sertleştirme ve bir ara katman ihtiyacı gibi işlem adımlarını ortadan kaldırarak heterojen entegrasyonu daha basit hale getirir.
Diğer ambalaj türleriyle karşılaştırıldığında, yayma teknolojisi daha fazla G/Ç ile daha küçük form faktörleri sunar. 2016 yılında Apple'ın, TSMC'nin paketleme teknolojisini kullanarak 16 nanometrelik uygulama işlemcisini mobil DRAM ile iPhone 7 için tek bir pakette entegre etmesini sağlayarak teknolojik açıdan öne çıkan bir firma haline geldi.
Fan Çıkışlı Paketleme
Fan-Out Gofret Düzeyinde Paketleme (FOWLP)
FOWLP teknolojisi, silikon yongalar için daha fazla harici bağlantıya olanak tanıyan, levha düzeyinde paketleme (WLP) üzerine yapılan bir gelişmedir. Çipin bir epoksi kalıplama bileşiğine gömülmesini, ardından levha yüzeyinde yüksek yoğunluklu bir yeniden dağıtım katmanının (RDL) oluşturulmasını ve yeniden yapılandırılmış bir levha oluşturmak için lehim toplarının uygulanmasını içerir.
Tipik olarak, işlenmiş gofretler ilk önce bireysel çıplak kalıplar halinde kesilir, bunlar daha sonra dağıtılır ve yeniden yapılandırılmış gofreti oluşturmak için boşluklar doldurularak bir taşıyıcı yapı üzerine yerleştirilir. FOWLP, ambalaj ile uygulama devre kartı arasında önemli sayıda bağlantı sağlar ve alt tabaka çıplak kalıptan daha büyük olduğundan çıplak kalıpların aralığı aslında daha rahattır.
Fan Çıkışlı Paketleme
Heterojen Entegrasyon
Heterojen entegrasyon, ayrı ayrı üretilen farklı bileşenlerin daha yüksek düzeyde bir düzenekte birleştirilmesini, böylece işlevselliğin arttırılmasını ve operasyonel özelliklerin iyileştirilmesini içerir. Sonuç olarak yarı iletken bileşen üreticileri, farklı süreç akışlarını kullanan fonksiyonel bileşenleri tek bir bileşene entegre edebilir.
Heterojen entegrasyon, Paket İçi Sistem'e (SiP) benzer, ancak birden fazla çıplak kalıbı tek bir alt katmana entegre etmek yerine, birden fazla IP'yi tek bir alt katmana yonga şeklinde entegre etmeyi içerir. Heterojen entegrasyonun temel konsepti, farklı işlevselliklere sahip birden fazla bileşenin aynı pakette birleştirilmesidir.
Heterojen Entegrasyon Teknolojilerinin Yapı Taşları
HBM
HBM, yığın içindeki ve bellek ile mantık bileşenleri arasındaki veriler için yüksek bant genişlikli kanallar sağlayan standartlaştırılmış bir yığın bellek teknolojisidir. HBM paketleme, bellek kalıplarını bir araya toplar ve daha fazla G/Ç ve bant genişliği oluşturmak için bunları TSV'ler aracılığıyla birbirine bağlar.
Bir JEDEC standardı olan HBM, uygulama işlemcileri, GPU'lar ve SoC'lerin yanı sıra paket içindeki birden fazla DRAM bileşeni katmanını dikey olarak entegre eder. HBM, öncelikle üst düzey sunucular ve ağ yongaları için 2.5D paketleme biçiminde uygulanır. En son sürüm olan HBM2, ilk HBM sürümünde görülen kapasite ve saat hızı sınırlamalarına yöneliktir.
HBM
aracı
Aracı, bir paket içindeki birden fazla çip kalıbı veya devre kartı arasında elektrik sinyallerini iletmek için kullanılan bir kanaldır. Soketler veya konnektörler arasında elektriksel arayüz görevi görerek sinyallerin daha uzun mesafelere gitmesini ve karttaki diğer soketlere bağlanmasını sağlar.
Aracılar, çoklu çip kalıpları ve devre kartları arasında köprü görevi gören silikon veya organik malzemelerden yapılabilir. Silikon aracılar, yüksek yoğunluklu I/O ve TSV oluşturma yetenekleriyle bilinen, 2.5D ve 3D IC çip paketlemede önemli bir rol oynayan kanıtlanmış bir teknolojidir.
Sistem Bölümlemede Aracının Tipik Uygulamaları
Yeniden Dağıtım Katmanı
Yeniden dağıtım katmanı, paketin çeşitli parçaları arasında elektrik bağlantıları kurmak için kullanılan bakır ara bağlantılardan veya izlerden oluşur. Çıplak kalıpların paket içinde istiflenmesine olanak tanıyan, büyük çip düzeneklerinin I/O aralığını azaltan metal veya yüksek polimerli bir dielektrik katmandır. Yeniden dağıtım katmanı, 2.5D ve 3D paketleme çözümlerinin ayrılmaz bir parçası haline geldi ve üzerindeki çiplerin aracı aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmasını sağladı.
Yeniden Dağıtım Katmanını Kullanan Entegre Paketleme
İçten Silikon Yoluyla (TSV)
TSV, çıplak silikon levhalar aracılığıyla dikey ara bağlantılar sağlamak üzere levhalara bakırın doldurulmasını içeren, 2.5D ve 3D paketleme çözümleri için önemli bir olanak sağlayan teknolojidir. Elektrik bağlantılarını kolaylaştırmak için çipin tamamını geçerek çipin bir tarafından diğerine en kısa yolu oluşturur.
İşlem, levhanın ön tarafından belirli bir derinliğe kadar delikler veya oyuklar açılmasını, bunların yalıtılmasını ve iletken malzemeyle (tipik olarak bakır) doldurulmasını içerir. Çip imalatından sonra, Geçişli Silikon Yolları ve levhanın arka tarafında biriken metali açığa çıkarmak için levha arka taraftan inceltilir ve TSV ara bağlantıları tamamlanır.
TSV ambalajında DRAM çipleri topraklanır, delinir ve elektrotlara bağlanır
İlgili Öneriler
粤公网安备44030002007346号