Dies unterstreicht die Bedeutung von Halbleitertechnologien für die Erfüllung dieser Anforderungen.
Die Halbleitergehäuseentwicklung hat sich von der Integration auf Platinenebene zur Integration auf Waferebene weiterentwickelt und dadurch bedeutende Fortschritte erzielt. Die Waferintegration bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden, wie z. B. eine höhere Verbindungsdichte, kleinere Abmessungen für platzkritische Anwendungen und eine verbesserte Leistung.
„Fortschrittliche“ Halbleitergehäuse umfassen insbesondere hochdichte Fan-Out-, 2,5D- und 3D-Gehäuse, die sich durch eine Bumping-Pitch-Größe von weniger als 100 µm auszeichnen, wodurch Verbindungsdichten von mindestens dem Zehnfachen ermöglicht werden.
Bandbreite ist entscheidend.
Um die Bandbreite aus Sicht der Gehäusekonstruktion zu verbessern, spielen zwei Schlüsselfaktoren eine Rolle: die Gesamtzahl der I/O-Punkte (Ein-/Ausgabepunkte) und die Bitrate pro I/O-Punkt. Eine Erhöhung der Gesamtzahl der I/O-Punkte erfordert feinere Leiterbahn-Abstands-Strukturen (L/S-Strukturen) auf jeder Routing-/Redistributionsschicht (RDL) sowie eine größere Anzahl von Routing-Schichten. Die Verbesserung der Bitrate pro I/O-Punkt hingegen wird durch den Verbindungsabstand zwischen den Chiplets und die Auswahl der dielektrischen Materialien beeinflusst. Diese Faktoren wirken sich direkt auf die Gesamtleistung und Effizienz des Gehäusesystems aus.
Wichtige Faktoren, die die Bandbreite eines Moduls beeinflussen. Quelle: IDTechEx
Erforschung von Materialien und Verarbeitungsmethoden für die fortschrittliche Halbleiterverkapselung)
Eine eingehendere Betrachtung der Erzielung höherer Verdrahtungsdichten und höherer I/O-Bitraten aus material- und verarbeitungstechnischer Sicht verdeutlicht die entscheidende Rolle der Auswahl dielektrischer Materialien und geeigneter Verarbeitungstechniken. Diese Faktoren beeinflussen die Gesamtleistung und die Fähigkeiten des Gehäusesystems maßgeblich.
Elektronische Verbindungen: SiO₂ versus organisches Dielektrikum. Quelle: IDTechEx
Die Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien ist entscheidend. Dabei müssen Eigenschaften wie eine niedrige Dielektrizitätskonstante, ein optimaler Wärmeausdehnungskoeffizient (möglichst nahe am Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer) und günstige mechanische Eigenschaften, die die Zuverlässigkeit des Moduls gewährleisten (z. B. Elastizitätsmodul und Dehnung), berücksichtigt werden. Diese Materialauswahl ermöglicht höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Wahrung der Signalintegrität und verbessert die Kennlinien zwischen Leitung und Raum, wodurch die Kabeldichte erhöht wird.
In Hochleistungsbeschleunigern wie GPUs werden anorganische Dielektrika wie SiO₂ häufig eingesetzt, um extrem feine Leitungs-Raum-Kennlinien (L/S-Kennlinien) zu erzielen. Aufgrund ihrer hohen RC-Verzögerungen ist ihre Verwendung jedoch in Anwendungen, die Hochgeschwindigkeitsverbindungen erfordern, eingeschränkt. Als Alternative wurden organische Dielektrika vorgeschlagen, da sie kostengünstig sind und dank ihrer niedrigen Dielektrizitätskonstante RC-Verzögerungen reduzieren können. Organische Dielektrika weisen jedoch Probleme auf, wie beispielsweise ihren hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), der die Zuverlässigkeit der Bauelemente beeinträchtigen kann, und Schwierigkeiten bei der Skalierung hin zu feinen L/S-Kennlinien.
Neben der Auswahl der richtigen Materialien spielen die Verarbeitungstechniken bei der Gehäusefertigung eine entscheidende Rolle für höhere I/O-Zahlen und verbesserte Bitraten pro I/O. Die Schritte von 2,5D-Gehäuseprozessen, wie Lithografie, CMP (chemisch-mechanisches Planarisieren), Ätzen sowie CMP- und Bondprozesse in 3D-Cu-Cu-Hybridübergängen, stellen Herausforderungen für eine engere Leiterbahnführung und höhere Drahtdichte dar. IDTechEx liefert detaillierte Informationen darüber, wie die Materialauswahl die Fertigungsprozesse beeinflusst und bietet so ein umfassendes Verständnis ihrer Auswirkungen auf fortschrittliche Halbleitergehäuse.
Materialien und Technologien, die im IDTechEx-Bericht enthalten sind
Umfang von „Materialien und Verarbeitung für fortschrittliche Halbleitergehäuse 2024–2034“. Quelle: IDTechEx
Der IDTechEx-Bericht „Materialien und Verarbeitung für fortschrittliche Halbleitergehäuse 2024–2034“ ist in vier Hauptteile gegliedert und bietet einen strukturierten Ansatz zum Verständnis fortschrittlicher Halbleitergehäuse. Teil 1 bietet eine umfassende Einführung in die Technologien, Entwicklungstrends, wichtigsten Anwendungen und das Ökosystem fortschrittlicher Halbleitergehäuse und vermittelt den Lesern einen soliden Überblick. Teil 2 konzentriert sich auf 2,5D-Gehäuseprozesse und geht detailliert auf entscheidende Aspekte wie dielektrische Materialien für RDL und Microvia, RDL-Fertigungstechniken und die Materialauswahl für EMV und MUF ein. Jeder Unterabschnitt dieses Teils präsentiert eine detaillierte Analyse von Prozessabläufen, Technologie-Benchmarks, Stakeholder-Bewertungen und zukünftigen Trends und vermittelt den Lesern so ein vollständiges Bild.
Der Bericht geht über die Analyse von 2,5D-Packaging hinaus und konzentriert sich in seinem dritten Teil auf innovative Cu-Cu-Hybrid-Bonding-Technologien für 3D-Array-Stapelung. Dieser Abschnitt bietet wertvolle Daten zum Herstellungsprozess und Hinweise zur Materialauswahl für optimale Ergebnisse. Er präsentiert außerdem Fallstudien, die die erfolgreiche Anwendung von Cu-Cu-Hybrid-Bonding mit organischen und anorganischen Dielektrika veranschaulichen. Darüber hinaus enthält der Bericht im letzten Kapitel eine 10-Jahres-Marktprognose für fortschrittliche organische dielektrische Halbleiter-Packaging-Module. Diese Prognose umfasst sowohl Stück- als auch Flächenkennzahlen und liefert der Branche wichtige Einblicke in das prognostizierte Marktwachstum und die Trends des nächsten Jahrzehnts.
Autor: Dr. Yu-Han Chang, Senior Technology Analyst bei IDTechEx
