اصطلاحات پایه برای بسته بندی پیشرفته

بسته بندی پیشرفته یکی از نکات برجسته تکنولوژی در عصر "بیشتر از مور" است.از آنجایی که مینیاتوری کردن تراشه ها در هر گره فرآیندی به طور فزاینده ای دشوار و گران می شود، مهندسان چندین تراشه را در بسته های پیشرفته قرار می دهند تا دیگر مجبور نباشند برای کوچک کردن آنها تلاش کنند.این مقاله به معرفی مختصری از 10 مورد از رایج ترین اصطلاحات مورد استفاده در فناوری بسته بندی پیشرفته می پردازد.

بسته های 2.5 بعدی

پکیج 2.5 بعدی پیشرفتی در فناوری بسته بندی IC 2 بعدی سنتی است که امکان استفاده از خطوط و فضاهای ظریف تر را فراهم می کند.در یک بسته 2.5 بعدی، قالب های برهنه روی یک لایه داخلی با سیلیکون از طریق vias (TSVs) کنار هم قرار می گیرند یا کنار هم قرار می گیرند.لایه پایه یا interposer اتصال بین تراشه ها را فراهم می کند.

بسته 2.5D معمولاً برای ASIC های سطح بالا، FPGA، GPU و مکعب های حافظه استفاده می شود.در سال 2008 Xilinx FPGAهای بزرگ خود را به چهار تراشه کوچکتر با بازده بالاتر تقسیم کرد و آنها را به لایه سیلیکونی interposer متصل کرد.بنابراین بسته های 2.5 بعدی متولد شدند و در نهایت به طور گسترده برای یکپارچه سازی پردازنده حافظه با پهنای باند بالا (HBM) مورد استفاده قرار گرفتند.

نمودار یک بسته 2.5 بعدی

بسته بندی سه بعدی

در یک بسته آی سی سه بعدی، قالب های منطقی روی هم یا با قالب های ذخیره سازی انباشته می شوند و نیاز به ساختن سیستم روی تراشه های بزرگ (SoC) را از بین می برند.قالب‌ها توسط یک لایه interposer فعال به یکدیگر متصل می‌شوند، در حالی که بسته‌های IC 2.5D از برجستگی‌های رسانا یا TSV برای قرار دادن اجزا در لایه interposer استفاده می‌کنند، بسته‌های IC 3D چندین لایه از ویفرهای سیلیکونی را با استفاده از TSV به اجزا متصل می‌کنند.

فناوری TSV فناوری فعال کننده کلیدی در بسته های IC 2.5 و 3D است و صنعت نیمه هادی از فناوری HBM برای تولید تراشه های DRAM در بسته های IC 3 بعدی استفاده می کند.

یک نمای مقطعی از بسته سه بعدی نشان می دهد که اتصال عمودی بین تراشه های سیلیکونی از طریق TSV های مسی فلزی حاصل می شود.

چیپلت

تراشه ها شکل دیگری از بسته بندی آی سی سه بعدی هستند که ادغام ناهمگن اجزای CMOS و غیر CMOS را امکان پذیر می کند.به عبارت دیگر، آنها به جای SoCهای بزرگ در یک بسته، SoCهای کوچکتر هستند که چیپلت نیز نامیده می شوند.

شکستن یک SoC بزرگ به تراشه های کوچکتر و کوچکتر، بازدهی بالاتر و هزینه کمتری نسبت به یک قالب خالی ارائه می دهد.چیپ‌لت‌ها به طراحان اجازه می‌دهند تا از طیف گسترده‌ای از IP استفاده کنند، بدون اینکه در نظر داشته باشند که از کدام گره فرآیند و چه فناوری برای تولید آن استفاده کنند.آنها می توانند از طیف گسترده ای از مواد، از جمله سیلیکون، شیشه و ورقه ورقه برای ساخت تراشه استفاده کنند.

سیستم های مبتنی بر تراشه از چند تراشه بر روی یک لایه میانی تشکیل شده اند

بسته های فن اوت

در یک بسته Fan Out، "اتصال" از سطح تراشه فن می شود تا ورودی/خروجی خارجی بیشتری ارائه دهد.این دستگاه از یک ماده قالب‌گیری اپوکسی (EMC) استفاده می‌کند که به طور کامل در قالب تعبیه شده است و نیاز به فرآیندهایی مانند برآمدگی ویفر، فلاکسینگ، نصب بر روی تراشه، تمیز کردن، پاشش پایین و پخت را از بین می‌برد.بنابراین، هیچ لایه واسطه ای نیز مورد نیاز نیست، که ادغام ناهمگن را بسیار آسان تر می کند.

فناوری Fan-out بسته‌ای کوچک‌تر با ورودی/خروجی بیشتر نسبت به سایر انواع بسته‌ها ارائه می‌کند، و در سال 2016 زمانی که اپل توانست از فناوری بسته‌بندی TSMC برای ادغام پردازنده برنامه کاربردی 16 نانومتری و DRAM تلفن همراه خود در یک بسته واحد برای iPhone استفاده کند، این ستاره فناوری بود. 7.

بسته بندی فن اوت

بسته بندی سطح ویفر فن-اوت (FOWLP)

فناوری FOWLP یک بهبود در بسته بندی سطح ویفر (WLP) است که اتصالات خارجی بیشتری را برای تراشه های سیلیکونی فراهم می کند.این شامل قرار دادن تراشه در یک ماده قالب‌گیری اپوکسی و سپس ساختن یک لایه توزیع مجدد با چگالی بالا (RDL) روی سطح ویفر و اعمال توپ‌های لحیم کاری برای تشکیل یک ویفر بازسازی شده است.

FOWLP تعداد زیادی اتصال بین پکیج و برد کاربردی فراهم می‌کند، و چون بستر بزرگ‌تر از قالب است، گام قالب در واقع راحت‌تر است.

نمونه ای از بسته FOWLP

ادغام ناهمگن

ادغام اجزای مختلف تولید شده به طور جداگانه در مجموعه‌های سطح بالاتر می‌تواند عملکرد را بهبود بخشد و ویژگی‌های عملیاتی را بهبود بخشد، بنابراین سازندگان قطعات نیمه‌رسانا می‌توانند اجزای عملکردی را با جریان‌های فرآیندی مختلف در یک مجموعه واحد ترکیب کنند.

ادغام ناهمگن شبیه به سیستم در بسته (SiP) است، اما به جای ترکیب چند قالب برهنه بر روی یک بستر واحد، چندین IP را به شکل تراشه‌ها بر روی یک بستر واحد ترکیب می‌کند.ایده اصلی ادغام ناهمگن ترکیب چندین مؤلفه با عملکردهای مختلف در یک بسته است.

برخی از بلوک های ساختمان فنی در یکپارچگی ناهمگن

HBM

HBM یک فناوری ذخیره‌سازی پشته استاندارد است که کانال‌های پهنای باند بالایی را برای داده‌های درون یک پشته و بین حافظه و اجزای منطقی فراهم می‌کند.بسته های HBM قالب های حافظه را پشته می کنند و آنها را از طریق TSV به یکدیگر متصل می کنند تا I/O و پهنای باند بیشتری ایجاد کنند.

HBM یک استاندارد JEDEC است که به صورت عمودی چندین لایه از اجزای DRAM را در یک بسته، همراه با پردازنده های برنامه، GPU و SoC ها یکپارچه می کند.HBM در درجه اول به عنوان یک بسته 2.5 بعدی برای سرورهای پیشرفته و تراشه های شبکه پیاده سازی شده است.نسخه HBM2 اکنون به محدودیت‌های ظرفیت و نرخ ساعت نسخه اولیه HBM می‌پردازد.

بسته های HBM

لایه میانی

لایه interposer مجرای است که از طریق آن سیگنال های الکتریکی از قالب یا برد برهنه چند تراشه در بسته عبور داده می شود.این رابط الکتریکی بین سوکت ها یا کانکتورها است که به سیگنال ها اجازه می دهد تا دورتر پخش شوند و همچنین به سایر سوکت ها روی برد متصل شوند.

لایه اینترپوزر می تواند از سیلیکون و مواد آلی ساخته شود و به عنوان پلی بین قالب مولتی دای و برد عمل می کند.لایه‌های اینترپوزر سیلیکونی یک فناوری اثبات‌شده با چگالی ورودی/خروجی ریز بالا و قابلیت‌های تشکیل TSV هستند و نقش کلیدی در بسته‌بندی تراشه‌های IC 2.5D و 3D دارند.

اجرای معمولی یک لایه میانی پارتیشن بندی شده سیستم

لایه توزیع مجدد

لایه توزیع مجدد شامل اتصالات یا ترازهای مسی است که اتصالات الکتریکی بین قسمت های مختلف بسته را فعال می کند.این لایه ای از مواد دی الکتریک فلزی یا پلیمری است که می تواند با قالب برهنه در بسته قرار گیرد، بنابراین فاصله ورودی/خروجی چیپست های بزرگ کاهش می یابد.لایه های توزیع مجدد به بخشی جدایی ناپذیر از راه حل های بسته 2.5 بعدی و 3 بعدی تبدیل شده اند و به تراشه های روی آنها اجازه می دهند با استفاده از لایه های واسطه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

بسته های یکپارچه با استفاده از لایه های توزیع مجدد

TSV

TSV یک فناوری اجرای کلیدی برای راه‌حل‌های بسته‌بندی 2.5 بعدی و سه بعدی است و ویفری پر از مس است که یک اتصال عمودی از طریق قالب ویفر سیلیکونی ایجاد می‌کند.از کل قالب عبور می کند تا یک اتصال الکتریکی ایجاد کند و کوتاه ترین مسیر را از یک طرف قالب به طرف دیگر تشکیل می دهد.

سوراخ‌ها یا ویاها به عمق معینی از قسمت جلویی ویفر حک می‌شوند، که سپس عایق‌بندی شده و با رسوب دادن یک ماده رسانا (معمولا مس) پر می‌شود.هنگامی که تراشه ساخته شد، از قسمت پشتی ویفر نازک می شود تا دریچه ها و فلزی که در پشت ویفر رسوب می کند تا اتصال TSV تکمیل شود.