أرسل رسالة

أخبار

January 19, 2021

مشاكل الربط للحزم متعددة الشرائح

إن ارتفاع تكلفة وتعقيد تطوير الرقائق في أكثر العقد تقدمًا يجبر العديد من صانعي الرقائق على البدء في تفكيك تلك الشريحة إلى أجزاء متعددة ، لا تتطلب جميعها عقدًا متقدمة.يكمن التحدي في كيفية إعادة تجميع هذه القطع المصنفة معًا.

عندما يتم دمج نظام معقد بشكل متآلف - على قطعة واحدة من السيليكون - يكون المنتج النهائي بمثابة حل وسط بين قيود الميزانية الحرارية للأجهزة المكونة.

يحتاج 3D NAND إلى بولي سيليكون عالي الحرارة ، على سبيل المثال ، لكن درجات الحرارة المطلوبة تقلل من أداء منطق CMOS.

يسمح تفكيك الذاكرة والمنطق لفصل الرقاقات للمصنعين بتحسين كل تقنية بشكل مستقل.يصبح التكامل غير المتجانس أكثر جاذبية مع إضافة المستشعرات وأجهزة الإرسال والاستقبال والعناصر الأخرى غير CMOS إلى المزيج.

المشكلة هي كيفية توصيل جميع القطع.يعتمد التكامل الأحادي على عمليات المعدن الخلفية (BEOL) الراسخة.عندما يتم تغليف المكونات بشكل منفصل ، يلجأ المصنعون إلى مصفوفات الشبكة الكروية والتصميمات المماثلة.ولكن عندما يتم تجميع اثنين أو أكثر من القوالب في حزمة واحدة ، فإن العمليات المستخدمة لربطها تكمن في أرضية وسطية سيئة التحديد بين الاثنين.

تعتمد العديد من تصميمات النظام في الحزمة على وصلات اللحام.تضع أدوات الانتقاء والمكان قوالب مفردة مسبقة الضرب على وسيط أو مباشرة على رقاقة الوجهة.تكمل أفران إعادة التدفق روابط اللحام في خطوة واحدة عالية الإنتاجية.تعمل مادة اللحام الأكثر ليونة كطبقة متوافقة أيضًا ، حيث تعمل على تنعيم اختلافات الارتفاع التي قد تؤدي إلى تدهور جودة الرابطة.

لسوء الحظ ، لا تتناسب التكنولوجيا القائمة على اللحام مع الاتصالات عالية الكثافة التي تتطلبها مستشعرات الصور وذاكرة النطاق الترددي العالي والتطبيقات المماثلة.تتسطح عملية الترابط وتضغط على نتوءات اللحام ، وبالتالي فإن البصمة النهائية للرابطة أكبر قليلاً من درجة الاهتزاز.مع انخفاض هذه الدرجة ، لا يوجد ببساطة مجال لحام كافٍ لإجراء اتصال قوي.في العمل الذي تم تقديمه في مؤتمر التغليف الدولي على مستوى الويفر لعام 2019 ، قدر Guilian Gao وزملاؤه في Xperi أن الحد الأدنى للخطوة القابلة للتطبيق للتكامل القائم على اللحام هو حوالي 40 ميكرون.

يتم تقييد مفاصل اللحام Cu-Sn بسبب الخصائص الميكانيكية الضعيفة ، والتي تساهم في حدوث تشققات وفشل التعب والهجرة الكهربائية.تبحث الصناعة عن تقنية ربط الحالة الصلبة البديلة لتسهيل المزيد من توسيع نطاق الملعب ، ولكن لا يمكن للعديد من العمليات أن تتطابق مع السرعة العالية والتكلفة المنخفضة والمرونة في ربط اللحام.

على سبيل المثال ، أيًا كان مخطط الترابط الذي يتم اختياره ، يجب أن يكون قادرًا على استيعاب اختلافات الارتفاع في منصات السندات والمتوسطات.يجب أيضًا أن تكون درجة حرارة العملية منخفضة بدرجة كافية لحماية جميع مكونات مكدس الجهاز.عندما تتضمن مخططات التغليف طبقات متعددة من عوامل التداخل والرقائق المرفقة ، تواجه الطبقة الأساسية بشكل خاص المتطلبات الحرارية الصعبة.قد تتطلب كل طبقة فوق القاعدة خطوة ربط منفصلة.

أحد البدائل المقترحة ، وهو الترابط المباشر بين النحاس والنحاس ، يتمتع بميزة البساطة.مع عدم وجود طبقة متداخلة ، تعمل درجة الحرارة والضغط على دمج الوسادات العلوية والسفلية في قطعة واحدة من المعدن ، مما يجعل التوصيل أقوى ممكن.هذه هي الفكرة من وراء الربط بالضغط الحراري.أعمدة نحاسية على وسادات متطابقة في قالب ثانٍ.انتشار محرك الضغط والحرارة عبر الواجهة لتكوين رابطة دائمة.درجات الحرارة النموذجية في حدود 300 درجة مئوية تعمل على تليين النحاس ، مما يسمح للسطحين بالتوافق مع بعضهما البعض.يمكن أن يستغرق الربط بالضغط الحراري من 15 إلى 60 دقيقة ، على الرغم من ذلك ، ويتطلب جوًا متحكمًا به لمنع أكسدة النحاس.

الأسطح النظيفة تلتصق ببعضها البعض
تحاول تقنية الترابط الهجين منع الأكسدة عن طريق دمج المعدن في طبقة عازلة.في عملية دمشقية تذكرنا بمعدنة الوصلات البينية ، يملأ النحاس المطلي بالكهرباء في الثقوب المقطوعة في العازل.يزيل CMP النحاس الزائد ، تاركًا وسادات السندات التي تم تجويفها بالنسبة للعزل الكهربائي.يؤدي وضع السطوح العازلة للكهرباء على اتصال إلى إنشاء رابطة مؤقتة.

في العمل المقدم في مؤتمر IEEE Electronic Components and Technology لعام 2019 ، أظهر الباحثون في Leti استخدام قطرة ماء لتسهيل المحاذاة.أوضحت مجموعة Xperi أن هذه الرابطة قوية بما يكفي للسماح للمصنعين بتجميع كومة كاملة متعددة الرقائق.

تقوم الرابطة العازلة بالكهرباء بتغليف النحاس ، مما يمنع الأكسدة ويسمح لمعدات الربط باستخدام الجو المحيط.لتشكيل رابطة دائمة ، يلجأ المصنعون إلى التلدين الذي يستفيد من معامل التمدد الحراري الأكبر للنحاس.يُضطر النحاس ، المحصور بالعزل الكهربائي ، إلى التمدد على سطحه الحر ، لسد الفجوة بين الاثنين.ثم يشكل انتشار النحاس رابطة معدنية دائمة.في كومة معقدة ، يمكن لخطوة صلبة واحدة أن تربط كل شرائح المكونات دفعة واحدة.درجات حرارة التلدين المنخفضة نسبيًا كافية في حالة عدم وجود أكسيد أصلي أو أي حاجز آخر.

يتم تحديد ارتفاع حشوات السندات بواسطة CMP ، وهي عملية ناضجة يتم التحكم فيها جيدًا.لكل هذه الأسباب ، تم استخدام الترابط الهجين من رقاقة إلى رقاقة في تطبيقات مثل مستشعرات الصور لعدة سنوات.تتطلب تطبيقات ربط الرقاقة إلى الرقاقة محاذاة الوسادة بين الرقائق وتعتمد على عائدات الجهاز العالية لتقليل الخسائر.من غير المحتمل أن تصطف القوالب المعيبة على الرقاقة ، لذا فإن عيبًا في إحدى الرقاقات يمكن أن يتسبب في فقد شريحة جيدة مقابلة على الرقاقة المتطابقة.

يمكن أن يؤدي الترابط الهجين من القالب إلى الرقاقة والربط الهجين من القالب إلى المتداخل إلى فتح مساحة تطبيق أكبر ، مما يسمح للأنظمة غير المتجانسة المعقدة في حزمة واحدة.ومع ذلك ، تتطلب هذه التطبيقات أيضًا تدفقات عملية أكثر تعقيدًا.في حين أن عمليات الرقاقة إلى الرقاقة والموت إلى الرقاقة (أو المتداخل) تفرض متطلبات مماثلة على خطوة CMP وعلى السند نفسه ، فإن التعامل مع الرقائق المفردة بعد CMP أكثر صعوبة.يجب أن يكون خط التصنيع قادرًا على التحكم في الجسيمات التي تنتجها خطوة الأحادية الفوضوية بطبيعتها ، وتجنب الفراغات وعيوب الترابط الأخرى. من كاثرين ديربيشاير.

تفاصيل الاتصال