Первым прорывом стала интеграция на уровне корпуса, за которой последовала интеграция на уровне пластины, обеспечивающая как минимум в десять раз большую плотность соединений, меньшие габариты, подходящие для приложений, чувствительных к размерам, и превосходную производительность.
Интеграция на уровне пластины включает в себя технологии упаковки интегральных схем, такие как fan-on, fan-on-core, high-density fan-on, 2.5D и 3D. Однако «передовыми» считаются только технологии упаковки полупроводников с шагом выводов менее 100 мкм. Сюда входят технологии упаковки интегральных схем высокой плотности, 2.5D и 3D.
Переход от гибридной 2.5D интеграции к полной вертикальной 3D интеграции имеет решающее значение для будущих приложений, ориентированных на обработку данных, и в данной статье будет рассмотрен именно этот переход.
Основная проблема при переходе от 2.5D к 3D заключается в увеличении шага контактных площадок. В 2.5D корпусе ИС шаг контактных площадок варьируется от 25 мкм до 40 мкм в зависимости от материала межслойного соединения. Однако для 3D-стекируемого корпуса шаг контактных площадок необходимо уменьшить до нескольких микрометров или даже до менее 1 мкм. Компания TSMC сообщила, что шаг контактных площадок для стекирования чипов N7/N6 составляет 9 мкм, а для стекирования чипов N5 — 6 мкм. Ожидается, что он уменьшится до 4,5 мкм для стекирования чипов N3 и продолжит уменьшаться в будущих поколениях интегральных схем. Стекирование двух чипов с малым шагом контактных площадок представляет собой серьезную проблему, поскольку необходимо обеспечить высокоточную юстировку диэлектрических материалов перехода, особенно при низких температурах. Кроме того, необходим надлежащий контроль медных припоев для предотвращения перелива во время процесса соединения. Кроме того, управление тепловым режимом становится критически важным для корпусов с малыми размерами контактных площадок, что требует разработки конструкций корпусов, обеспечивающих лучшую теплопередачу и, возможно, использование технологий жидкостного охлаждения.
Двигатели роста
Компания IDTechEx выделила четыре основные области применения передовых полупроводниковых корпусов: высокопроизводительные вычисления (HPC)/приложения для центров обработки данных, коммуникационные сети, беспилотные автомобили и бытовая электроника. Основной движущей силой роста в этих областях является растущий спрос на обработку данных. Однако каждое приложение имеет специфические требования, которые обуславливают необходимость использования различных передовых технологий полупроводниковой упаковки.
Для высокопроизводительных вычислительных приложений и центров обработки данных приоритетом является обеспечение превосходной производительности обработки данных, поэтому технологии 2.5DIC, использующие кремниевые интерполяторы или кремниевые мосты, являются предпочтительным вариантом, несмотря на их более высокую стоимость. В отличие от этого, потребительская электроника, такая как смартфоны и умные часы, ориентирована на миниатюризацию и снижение стоимости, поэтому органические технологии упаковки являются предпочтительным выбором.
В сетях связи 5G и более поздних поколениях основной проблемой являются потери при передаче. Поэтому используются передовые технологии упаковки, позволяющие приблизить антенну к микросхеме радиочастотного чипа и минимизировать потери при передаче. В настоящее время наиболее жизнеспособным вариантом для 5G mmWave является «антенна в корпусе (AiP)», в то время как технология «антенна на чипе/пластине (AoP)» продолжает интенсивно разрабатываться для снижения затрат.
Для будущих автономных транспортных средств гетерогенная интеграция процессоров и других компонентов, таких как HBM-матрицы и надежные системы питания, создаст новые возможности для передовой упаковки полупроводников и инноваций.
Расширение возможностей обработки данных является объединяющим фактором роста всех этих приложений. Однако, поскольку требования каждой области применения различаются, для удовлетворения конкретных потребностей используются передовые технологии упаковки полупроводников.
Автор: Ю-Хан Чанг, технологический аналитик компании IDTechEx
