บทนำ: การเปลี่ยนกระบวนทัศน์จากเสาหินไปเป็นโมดูลาร์
เส้นทางดั้งเดิมในการบูรณาการฟังก์ชันต่างๆ เข้ากับแม่พิมพ์ซิลิโคนที่มีขนาดเล็กลง-ตัวเดียว (กฎของมัวร์) มีราคาแพงมากและมีความท้าทายทางเทคนิคสำหรับการใช้งานหลายอย่าง คำตอบของอุตสาหกรรมคือ Heterogeneous Integration (HI): การประกอบชิปเล็ตเฉพาะทางหลายตัว-ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับตรรกะ หน่วยความจำ อนาล็อก RF หรือโฟโตนิกส์-เป็นแพ็คเกจระดับระบบที่เชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนา- แนวทาง "More than Moore" นี้มอบประสิทธิภาพ ความยืดหยุ่น และเวลา-สู่ตลาด-ที่เหนือกว่า หัวใจของการปฏิวัติครั้งนี้อยู่ที่ส่วนประกอบที่เรียบง่ายแต่ซับซ้อน นั่นคือตัวแทรกซิลิคอน และกระบวนการของการบรรจุระดับ-เวเฟอร์ (WLP) ที่ทำให้ทุกสิ่งเป็นไปได้
บทที่ 1: Silicon Interposer: ระบบประสาทของระบบ
อินเทอร์โพเซอร์คือซับสเตรตซิลิคอนแบบพาสซีฟที่อยู่ระหว่างฐานบรรจุภัณฑ์และชิปเล็ตที่ซ้อนกัน ไม่ใช่ชิปของอุปกรณ์ แต่เป็น "แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์" ที่มีความหนาแน่นสูง-บนซิลิคอน
- ฟังก์ชัน: บทบาทหลักของมันคือการจัดหาทางเดินไฟฟ้าขนาดเล็กพิเศษ-หลายพันเส้นระหว่างชิปเล็ตที่วางไว้ ซึ่งทำได้โดยอาศัยโครงข่ายของการกระแทกขนาดเล็ก-บนพื้นผิวและเส้นลวดทองแดงแนวตั้งผ่าน-Silicon Vias (TSVs)- ที่ทะลุผ่านแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนอินเตอร์โพเซอร์ โดยเชื่อมต่อด้านบนและด้านล่าง
- ทำไมต้องซิลิคอน? พื้นผิวแก้วหรือสารอินทรีย์ไม่สามารถเทียบได้กับข้อดีของซิลิคอน:
- การจับคู่ CTE: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน (CTE) ตรงกับค่าของชิปเล็ตซิลิคอนอย่างสมบูรณ์แบบ ช่วยป้องกันความเครียดทางกลและความล้มเหลวในระหว่างรอบอุณหภูมิ
- การเดินสายแบบละเอียด-พิเศษ: การพิมพ์หินแบบเซมิคอนดักเตอร์ช่วยให้มีความหนาแน่นของการเดินสาย-ในระดับไมครอน ซึ่งเกินกว่าซับสเตรตอินทรีย์ใดๆ มาก ทำให้มีการเชื่อมต่อระหว่างกันขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ GPU กับหน่วยความจำแบนด์วิธสูง-หลายสแต็ก (HBM)
- การนำความร้อน: ซิลิคอนกระจายความร้อนจากชิปเล็ตประมวลผลอันทรงพลังได้อย่างมีประสิทธิภาพ
บทที่ 2: ความท้าทายด้านการผลิต: จากเวเฟอร์ไปจนถึงอินเตอร์โพเซอร์
การสร้างอินเทอร์โพสเซอร์ที่ไร้ที่ติจะช่วยผลักดันการประมวลผลและการจัดการเวเฟอร์จนถึงขีดจำกัด:
- การเริ่มเวเฟอร์: ต้องใช้ซิลิคอนความต้านทานสูง-เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณที่ความถี่สูง นอกจากนี้ยังต้องมีความสม่ำเสมอของผลึกศาสตร์ที่ดีเยี่ยมเพื่อการแกะสลัก TSV ที่แม่นยำ
- การจัดทีม TSV: นี่คือความท้าทายหลัก รูที่ลึกและแคบจะถูกแกะสลักผ่านแผ่นเวเฟอร์ทั้งหมด (หรือส่วนใหญ่) โดยใช้การกัดด้วยไอออนปฏิกิริยาเชิงลึกขั้นสูง- (DRIE) รูเหล่านี้จะถูกบุด้วยฉนวน ชั้นกั้น และเติมด้วยทองแดง
- การทำให้แผ่นเวเฟอร์บางลง: หลังจากการประมวลผลด้านหน้า-แล้ว เวเฟอร์จะต้องถูกทำให้บางลงจากด้านหลัง (มักจะอยู่ที่ 100µm หรือน้อยกว่า) เพื่อให้เห็นด้านล่างของ TSV สำหรับการเชื่อมต่อ กระบวนการเจียรกลับ-นี้ต้องการความแม่นยำสูงสุดเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวของแผ่นเวเฟอร์ การแตกร้าว หรือทำให้เกิดความเครียดที่ทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลง การขัดผิวครั้งต่อไป (การบรรเทาความเครียด) เป็นสิ่งสำคัญ
- การติดชั่วคราว/การหลุดออก-: แผ่นเวเฟอร์บางและเปราะบางจะถูกติดชั่วคราวกับกระจกพาหะแข็งโดยใช้กาวพิเศษเพื่อรองรับระหว่างการจัดการและการประมวลผลด้านหลัง- จากนั้นจึงทำการ-ติดที่ขั้นตอนสุดท้าย-ซึ่งเป็นการดำเนินการที่ละเอียดอ่อน
บทที่ 3: ระบบนิเวศ: เวเฟอร์-การบรรจุและการประกอบระดับ
ตัวแทรกแซงคือแพลตฟอร์ม แต่ Wafer-Level Packaging (WLP) คือชุดของเทคนิคที่สร้างระบบขั้นสุดท้าย:
- การบรรจุแบบระดับ-เวเฟอร์ออก-แบบพัด (FO-WLP): ชิปเล็ตจะถูกวางบนพาหะชั่วคราว และใช้สารประกอบแม่พิมพ์อีพอกซีเพื่อสร้าง "เวเฟอร์ที่สร้างใหม่" รอบๆ พวกมัน จากนั้นจึงสร้างชั้นกระจาย (RDL) ของโลหะฟิล์มบาง-ที่ด้านบนเพื่อกระจายการเชื่อมต่อออกไปยังระยะพิทช์ที่ใหญ่ขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องใช้ซับสเตรตหรืออินเทอร์โพเซอร์แบบเดิมสำหรับการใช้งานที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เป็นโซลูชันที่คุ้มค่า-สำหรับโปรเซสเซอร์เคลื่อนที่และโมดูล RF
- การบูรณาการ 2.5D: วิธีการที่ใช้อินเทอร์โพเซอร์แบบคลาสสิก- ชิปเล็ตหลายตัวถูกวาง-ไว้ข้าง-บนตัวแทรกซิลิคอนแบบพาสซีฟที่มี TSV เป็นมาตรฐานสำหรับการรวม CPU/GPU เข้ากับหน่วยความจำ HBM
- การบูรณาการ 3D IC: ยกระดับการเรียงซ้อนขึ้นไปอีกระดับด้วยการเชื่อมชิปเล็ตเข้าด้วยกันโดยตรงโดยใช้การเชื่อมแบบไมโคร-หรือการเชื่อมแบบไฮบริด (การเชื่อมทองแดงโดยตรง-ถึง-ทองแดง) สิ่งนี้ทำให้ได้รับความหนาแน่นของการเชื่อมต่อระหว่างกันสูงสุดและเส้นทางที่สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเร่งความเร็วของ AI ในอนาคต จำเป็นต้องมีบริการการทำให้ผอมบางและการเชื่อมแผ่นเวเฟอร์ขั้นสูงยิ่งขึ้นไปอีก
บทที่ 4: ความจำเป็นเชิงกลยุทธ์สำหรับโรงหล่อและ OSAT
สำหรับโรงหล่อเซมิคอนดักเตอร์และบริษัทประกอบและทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ภายนอก (OSAT) การเรียนรู้อินเทอร์โพเซอร์และเทคโนโลยี WLP เป็นสิ่งจำเป็นในการแข่งขัน ต้องอาศัยความเข้าใจแบบบูรณาการในแนวตั้งเกี่ยวกับวัสดุ กระบวนการ และความเค้นเชิงกลทางความร้อน- ความสำเร็จของพวกเขาขึ้นอยู่กับห่วงโซ่อุปทานที่เชื่อถือได้สำหรับวัสดุตั้งต้นเฉพาะทาง:
- เวเฟอร์บางพิเศษ-พร้อมรูปแบบความหนาที่จำกัด (TTV) สำหรับการทำให้ผอมบาง
- เวเฟอร์ซิลิคอนความต้านทานสูง-สำหรับตัวแทรกเตอร์ที่สูญเสีย-ต่ำ
- เวเฟอร์คุณภาพดี-พร้อมพื้นผิวที่ไร้ที่ติสำหรับ-การพิมพ์หิน RDL ระดับพิทช์ที่ละเอียด
- บริการหั่นลูกเต๋าอย่างแม่นยำเพื่อแยกบรรจุภัณฑ์ที่ซับซ้อนและบางเหล่านี้โดยไม่มีความเสียหาย
พันธมิตรสำหรับการปฏิวัติบรรจุภัณฑ์
บริษัทที่ขับเคลื่อนการปฏิวัติ HI ไม่สามารถทนต่อความไม่สอดคล้องกันในวัสดุพื้นฐานของตนได้ Sibranch Microelectronics ทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนที่สำคัญในระบบนิเวศนี้ ความสามารถของเราจัดการกับปัญหาของบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงได้โดยตรง:
เราจัดหาเวเฟอร์ซิลิคอนแบนแบนพิเศษ-ที่มีความต้านทานสูง- ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอินเทอร์โพเซอร์
บริการลับ-และหั่นเป็นชิ้นๆ ของเราเป็นขั้นตอนเสริม-ที่จำเป็นในการแปลงแผ่นเวเฟอร์มาตรฐานให้เป็นแผ่นบางที่พร้อม-เพื่อ-ประมวลผลซับสเตรตอินเทอร์โพเซอร์ หรือเพื่อแยกบรรจุภัณฑ์ที่ละเอียดอ่อน
ความเชี่ยวชาญของเราในการจัดการแผ่นเวเฟอร์ที่บางเป็นพิเศษ-และการทำความเข้าใจกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องนั้นให้การสนับสนุนอันล้ำค่าแก่วิศวกรบรรจุภัณฑ์
ด้วยการเสนอทั้งวัสดุพิมพ์เฉพาะและบริการการประมวลผลที่มีความแม่นยำ เราทำหน้าที่เป็นผู้ให้บริการโซลูชันจุดเดียว- ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนและความเสี่ยงของห่วงโซ่อุปทานสำหรับพันธมิตรของเราในสาขาบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง
บทสรุป: จุดศูนย์ถ่วงแห่งใหม่
ในยุคของการบูรณาการแบบต่างกัน แพ็คเกจคือระบบ และซิลิคอนที่อยู่ภายใน-เนื่องจากทั้งชิปเล็ตแบบแอคทีฟและพาสซีฟอินเทอร์โพเซอร์-มีความสำคัญมากกว่าที่เคย ความซับซ้อนของ TSV, การทำให้แผ่นบางลง และการวางซ้อนแบบ 3 มิติได้ยกระดับศาสตร์ด้านวัสดุและการผลิตที่มีความแม่นยำให้อยู่ตรงกลาง ความสำเร็จในกระบวนทัศน์ใหม่นี้ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันอย่างลึกซึ้งทั่วทั้งห่วงโซ่อุปทาน โดยเริ่มจากพันธมิตรด้านวัสดุพิมพ์ที่เข้าใจว่าเวเฟอร์ไม่ได้เป็นเพียงผืนผ้าใบสำหรับทรานซิสเตอร์อีกต่อไป แต่เป็นส่วนประกอบ-สามมิติที่สำคัญของระบบสุดท้าย-ใน-บรรจุภัณฑ์
