خدمة الخط الساخن
كاتب عمود
كاتب عمود
المصطلحات الأساسية للتغليف المتقدم
2024-03-22
2813
يعد التغليف المتقدم أحد أهم المعالم التكنولوجية في عصر "أكثر من مجرد مور". نظرًا لأن تصغير الرقائق أصبح أمرًا صعبًا ومكلفًا بشكل متزايد في كل عقدة عملية، يختار المهندسون وضع شرائح متعددة في عبوات متقدمة بدلاً من تقليص الرقائق الفردية بشكل أكبر. ستقدم هذه المقالة مقدمة موجزة للمصطلحات العشرة الأكثر شيوعًا في تكنولوجيا التغليف المتقدمة.
تغليف 2.5D
تعد عملية التغليف 2.5D تقدمًا من تقنية التغليف 2D IC التقليدية، مما يسمح بتوجيه أكثر دقة واستخدام مكاني. في العبوات 2.5D، يتم وضع مكدسات القوالب العارية أو المواضع جنبًا إلى جنب فوق وسيط مع منافذ السيليكون عبر السيليكون (TSVs). القاعدة، وهي الوسيط، تسهل الاتصال بين الرقائق.
يتم استخدام التغليف 2.5D بشكل شائع في ASICs وFPGAs ووحدات معالجة الرسومات ومكعبات الذاكرة المتطورة. في عام 2008، قامت شركة Xilinx بتقسيم FPGA الكبيرة الخاصة بها إلى أربع شرائح أصغر ذات إنتاجية أعلى متصلة عبر وسيط من السيليكون. كان هذا بمثابة بداية التعبئة والتغليف 2.5D، والتي تم اعتمادها لاحقًا على نطاق واسع لتكامل معالج ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM).
3D التغليف
في عبوات IC ثلاثية الأبعاد، يتم تكديس القالب المنطقي معًا أو مع مكدسات قوالب الذاكرة دون الحاجة إلى إنشاء نظام كبير على شريحة (SoC). ترتبط القوالب العارية ببعضها البعض من خلال طبقة وسيطة نشطة. بينما تستخدم عبوات 3D IC نتوءات موصلة أو TSVs لتكديس المكونات على الوسيط، فإن عبوات 2.5D IC تربط طبقات متعددة من رقائق السيليكون مع المكونات التي تدعم TSV.
تعمل تقنية TSV كتقنية تمكينية حاسمة في التعبئة والتغليف IC 2.5D و3D، وتستخدم صناعة أشباه الموصلات تقنية HBM لإنتاج رقائق DRAM لتغليف IC ثلاثي الأبعاد.
شيبليت
يوجد ضمن مكتبة الشرائح، مجموعة من الرقائق المعيارية التي يمكن دمجها في التغليف باستخدام تقنية التوصيل البيني من القالب إلى القالب. تمثل Chiplets شكلاً آخر من أشكال التغليف ثلاثي الأبعاد IC، مما يتيح التكامل غير المتجانس بين مكونات CMOS والمكونات غير CMOS. بمعنى آخر، فهي عبارة عن شرائح نظام أصغر حجمًا (SoCs)، تُعرف باسم الشرائح الصغيرة، وليست شرائح SoC كبيرة داخل الحزمة.
إن تقسيم SoCs الكبيرة إلى شرائح أصغر يوفر عوائد أعلى وتكاليف أقل مقارنة بالقوالب العارية الفردية. تسمح Chiplets للمصممين بالاستفادة من عناوين IP المختلفة دون التقيد بعقد المعالجة أو تقنيات التصنيع. ويمكن تصنيعها باستخدام مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك السيليكون والزجاج والصفائح.
التعبئة والتغليف مروحة خارج
في التغليف المروحي، يتم نشر "الوصلات" على سطح الشريحة لتوفير المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج الخارجية. إنه يستخدم مركب قولبة الإيبوكسي (EMC) لتضمين القوالب العارية بالكامل، مما يزيل خطوات العملية مثل ارتطام الرقاقة، والتعبئة السفلية، وربط الرقاقة، والتنظيف، وتوزيع القاع، والمعالجة، والحاجة إلى طبقة وسيطة، مما يجعل التكامل غير المتجانس أكثر بساطة.
بالمقارنة مع أنواع التغليف الأخرى، توفر تقنية التهوية الخارجية عوامل شكل أصغر مع المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج. وفي عام 2016، مكنت شركة Apple من دمج معالج التطبيقات الذي يبلغ طوله 16 نانومتر مع ذاكرة DRAM المحمولة باستخدام تقنية التغليف الخاصة بشركة TSMC في حزمة واحدة لجهاز iPhone 7، مما أدى إلى ترسيخ مكانتها كشركة تكنولوجية رائدة.
التعبئة والتغليف على مستوى الرقاقة (FOOWLP)
تعد تقنية FOWLP بمثابة تحسين للتغليف على مستوى الرقاقة (WLP) الذي يتيح المزيد من الاتصالات الخارجية لرقائق السيليكون. يتضمن ذلك دمج الرقاقة في مركب قولبة إيبوكسي، ثم بناء طبقة إعادة توزيع عالية الكثافة (RDL) على سطح الرقاقة وتطبيق كرات اللحام لتشكيل رقاقة معاد تشكيلها.
عادةً، يتم أولاً تقطيع الرقاقات المعالجة إلى قوالب فردية عارية، والتي يتم بعد ذلك تفريقها ووضعها على هيكل حامل، مع ملء الفجوات لتشكيل الرقاقة المعاد تشكيلها. يوفر FOWLP عددًا كبيرًا من التوصيلات بين العبوة ولوحة دوائر التطبيق، ونظرًا لأن الركيزة أكبر من القالب العاري، فإن التباعد بين القوالب العارية يكون في الواقع أكثر استرخاءً.
تكامل غير متجانس
يتضمن التكامل غير المتجانس الجمع بين المكونات المختلفة المصنعة بشكل منفصل في تجميع عالي المستوى، وبالتالي تعزيز الأداء الوظيفي وتحسين الخصائص التشغيلية. ونتيجة لذلك، يمكن لمصنعي مكونات أشباه الموصلات دمج المكونات الوظيفية باستخدام تدفقات العمليات المختلفة في مكون واحد.
يشبه التكامل غير المتجانس النظام في الحزمة (SiP)، ولكن بدلاً من دمج عدة قوالب عارية على ركيزة واحدة، فإنه يتضمن دمج عناوين IP متعددة في شكل شرائح صغيرة على ركيزة واحدة. المفهوم الأساسي للتكامل غير المتجانس هو الجمع بين مكونات متعددة بوظائف مختلفة في نفس الحزمة.
HBM
HBM هي تقنية ذاكرة مكدسة قياسية توفر قنوات ذات نطاق ترددي عالي للبيانات داخل المكدس وبين مكونات الذاكرة والمنطق. تعمل عبوات HBM على تكديس قوالب الذاكرة معًا وتوصيلها من خلال TSVs لإنشاء المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج وعرض النطاق الترددي.
يقوم HBM، وهو أحد معايير JEDEC، بدمج طبقات متعددة من مكونات DRAM بشكل عمودي داخل الحزمة جنبًا إلى جنب مع معالجات التطبيقات ووحدات معالجة الرسومات وSOCs. يتم تنفيذ HBM بشكل أساسي في شكل عبوات 2.5D للخوادم المتطورة ورقائق الشبكة. الإصدار الأحدث، HBM2، يعالج قيود السعة وسرعة الساعة التي تظهر في إصدار HBM الأولي.
المتدخل
المتدخل عبارة عن قناة لنقل الإشارات الكهربائية بين قوالب شرائح متعددة أو لوحات دوائر داخل الحزمة. إنه بمثابة واجهة كهربائية بين المقابس أو الموصلات، مما يتيح للإشارات السفر لمسافات أطول والاتصال بمقابس أخرى على اللوحة.
يمكن أن تكون المتداخلات مصنوعة من السيليكون أو المواد العضوية، لتكون بمثابة جسر بين قوالب الرقائق المتعددة ولوحات الدوائر. تُعد المتدخلات السيليكونية تقنية مجربة ومعروفة بقدراتها على تكوين الإدخال/الإخراج وTSV عالية الكثافة، وتلعب دورًا حاسمًا في تغليف شرائح IC 2.5D و3D.
طبقة إعادة التوزيع
تتكون طبقة إعادة التوزيع من وصلات نحاسية أو آثار تستخدم في تأسيس التوصيلات الكهربائية بين الأجزاء المختلفة من الحزمة. إنها طبقة عازلة معدنية أو بوليمرية عالية تسمح بتكديس القوالب العارية في العبوة، مما يقلل من درجة الإدخال/الإخراج لمجموعات الرقائق الكبيرة. أصبحت طبقة إعادة التوزيع جزءًا لا يتجزأ من حلول التعبئة والتغليف ثنائية ونصف وثلاثية الأبعاد، مما يتيح للرقائق الموجودة عليها التواصل مع بعضها البعض من خلال الوسيط.
عبر السيليكون (TSV)
تعد TSV تقنية تمكينية رئيسية لحلول التعبئة والتغليف ثنائية ونصف الأبعاد وثلاثية الأبعاد، والتي تتضمن تعبئة النحاس في الرقائق لتوفير اتصالات بينية رأسية من خلال رقائق السيليكون العارية. فهو يجتاز الشريحة بأكملها لتسهيل التوصيلات الكهربائية، مما يخلق أقصر مسار من جانب واحد من الشريحة إلى الجانب الآخر.
تتضمن العملية حفر الثقوب أو التجاويف من الجانب الأمامي للرقاقة إلى عمق معين، وعزلها، وملئها بمادة موصلة (عادةً النحاس). بعد تصنيع الرقاقة، يتم تخفيف الرقاقة من الجانب الخلفي لكشف ممرات السيليكون والمعادن المترسبة على الجانب الخلفي من الرقاقة، مما يكمل التوصيلات البينية TSV.
تغليف 2.5D
تعد عملية التغليف 2.5D تقدمًا من تقنية التغليف 2D IC التقليدية، مما يسمح بتوجيه أكثر دقة واستخدام مكاني. في العبوات 2.5D، يتم وضع مكدسات القوالب العارية أو المواضع جنبًا إلى جنب فوق وسيط مع منافذ السيليكون عبر السيليكون (TSVs). القاعدة، وهي الوسيط، تسهل الاتصال بين الرقائق.
يتم استخدام التغليف 2.5D بشكل شائع في ASICs وFPGAs ووحدات معالجة الرسومات ومكعبات الذاكرة المتطورة. في عام 2008، قامت شركة Xilinx بتقسيم FPGA الكبيرة الخاصة بها إلى أربع شرائح أصغر ذات إنتاجية أعلى متصلة عبر وسيط من السيليكون. كان هذا بمثابة بداية التعبئة والتغليف 2.5D، والتي تم اعتمادها لاحقًا على نطاق واسع لتكامل معالج ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM).
رسم تخطيطي للتغليف 2.5D
3D التغليف
في عبوات IC ثلاثية الأبعاد، يتم تكديس القالب المنطقي معًا أو مع مكدسات قوالب الذاكرة دون الحاجة إلى إنشاء نظام كبير على شريحة (SoC). ترتبط القوالب العارية ببعضها البعض من خلال طبقة وسيطة نشطة. بينما تستخدم عبوات 3D IC نتوءات موصلة أو TSVs لتكديس المكونات على الوسيط، فإن عبوات 2.5D IC تربط طبقات متعددة من رقائق السيليكون مع المكونات التي تدعم TSV.
تعمل تقنية TSV كتقنية تمكينية حاسمة في التعبئة والتغليف IC 2.5D و3D، وتستخدم صناعة أشباه الموصلات تقنية HBM لإنتاج رقائق DRAM لتغليف IC ثلاثي الأبعاد.
من خلال العرض المقطعي للتغليف ثلاثي الأبعاد، يمكن ملاحظة أن الترابط الرأسي بين رقائق السيليكون يتم تحقيقه من خلال TSVs النحاسية المعدنية.
شيبليت
يوجد ضمن مكتبة الشرائح، مجموعة من الرقائق المعيارية التي يمكن دمجها في التغليف باستخدام تقنية التوصيل البيني من القالب إلى القالب. تمثل Chiplets شكلاً آخر من أشكال التغليف ثلاثي الأبعاد IC، مما يتيح التكامل غير المتجانس بين مكونات CMOS والمكونات غير CMOS. بمعنى آخر، فهي عبارة عن شرائح نظام أصغر حجمًا (SoCs)، تُعرف باسم الشرائح الصغيرة، وليست شرائح SoC كبيرة داخل الحزمة.
إن تقسيم SoCs الكبيرة إلى شرائح أصغر يوفر عوائد أعلى وتكاليف أقل مقارنة بالقوالب العارية الفردية. تسمح Chiplets للمصممين بالاستفادة من عناوين IP المختلفة دون التقيد بعقد المعالجة أو تقنيات التصنيع. ويمكن تصنيعها باستخدام مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك السيليكون والزجاج والصفائح.
يتكون النظام المعتمد على Chiplet من شرائح متعددة على طبقة وسيطة
التعبئة والتغليف مروحة خارج
في التغليف المروحي، يتم نشر "الوصلات" على سطح الشريحة لتوفير المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج الخارجية. إنه يستخدم مركب قولبة الإيبوكسي (EMC) لتضمين القوالب العارية بالكامل، مما يزيل خطوات العملية مثل ارتطام الرقاقة، والتعبئة السفلية، وربط الرقاقة، والتنظيف، وتوزيع القاع، والمعالجة، والحاجة إلى طبقة وسيطة، مما يجعل التكامل غير المتجانس أكثر بساطة.
بالمقارنة مع أنواع التغليف الأخرى، توفر تقنية التهوية الخارجية عوامل شكل أصغر مع المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج. وفي عام 2016، مكنت شركة Apple من دمج معالج التطبيقات الذي يبلغ طوله 16 نانومتر مع ذاكرة DRAM المحمولة باستخدام تقنية التغليف الخاصة بشركة TSMC في حزمة واحدة لجهاز iPhone 7، مما أدى إلى ترسيخ مكانتها كشركة تكنولوجية رائدة.
التعبئة والتغليف مروحة خارج
التعبئة والتغليف على مستوى الرقاقة (FOOWLP)
تعد تقنية FOWLP بمثابة تحسين للتغليف على مستوى الرقاقة (WLP) الذي يتيح المزيد من الاتصالات الخارجية لرقائق السيليكون. يتضمن ذلك دمج الرقاقة في مركب قولبة إيبوكسي، ثم بناء طبقة إعادة توزيع عالية الكثافة (RDL) على سطح الرقاقة وتطبيق كرات اللحام لتشكيل رقاقة معاد تشكيلها.
عادةً، يتم أولاً تقطيع الرقاقات المعالجة إلى قوالب فردية عارية، والتي يتم بعد ذلك تفريقها ووضعها على هيكل حامل، مع ملء الفجوات لتشكيل الرقاقة المعاد تشكيلها. يوفر FOWLP عددًا كبيرًا من التوصيلات بين العبوة ولوحة دوائر التطبيق، ونظرًا لأن الركيزة أكبر من القالب العاري، فإن التباعد بين القوالب العارية يكون في الواقع أكثر استرخاءً.
التعبئة والتغليف مروحة خارج
تكامل غير متجانس
يتضمن التكامل غير المتجانس الجمع بين المكونات المختلفة المصنعة بشكل منفصل في تجميع عالي المستوى، وبالتالي تعزيز الأداء الوظيفي وتحسين الخصائص التشغيلية. ونتيجة لذلك، يمكن لمصنعي مكونات أشباه الموصلات دمج المكونات الوظيفية باستخدام تدفقات العمليات المختلفة في مكون واحد.
يشبه التكامل غير المتجانس النظام في الحزمة (SiP)، ولكن بدلاً من دمج عدة قوالب عارية على ركيزة واحدة، فإنه يتضمن دمج عناوين IP متعددة في شكل شرائح صغيرة على ركيزة واحدة. المفهوم الأساسي للتكامل غير المتجانس هو الجمع بين مكونات متعددة بوظائف مختلفة في نفس الحزمة.
اللبنات الأساسية لتقنيات التكامل غير المتجانسة
HBM
HBM هي تقنية ذاكرة مكدسة قياسية توفر قنوات ذات نطاق ترددي عالي للبيانات داخل المكدس وبين مكونات الذاكرة والمنطق. تعمل عبوات HBM على تكديس قوالب الذاكرة معًا وتوصيلها من خلال TSVs لإنشاء المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج وعرض النطاق الترددي.
يقوم HBM، وهو أحد معايير JEDEC، بدمج طبقات متعددة من مكونات DRAM بشكل عمودي داخل الحزمة جنبًا إلى جنب مع معالجات التطبيقات ووحدات معالجة الرسومات وSOCs. يتم تنفيذ HBM بشكل أساسي في شكل عبوات 2.5D للخوادم المتطورة ورقائق الشبكة. الإصدار الأحدث، HBM2، يعالج قيود السعة وسرعة الساعة التي تظهر في إصدار HBM الأولي.
HBM
المتدخل
المتدخل عبارة عن قناة لنقل الإشارات الكهربائية بين قوالب شرائح متعددة أو لوحات دوائر داخل الحزمة. إنه بمثابة واجهة كهربائية بين المقابس أو الموصلات، مما يتيح للإشارات السفر لمسافات أطول والاتصال بمقابس أخرى على اللوحة.
يمكن أن تكون المتداخلات مصنوعة من السيليكون أو المواد العضوية، لتكون بمثابة جسر بين قوالب الرقائق المتعددة ولوحات الدوائر. تُعد المتدخلات السيليكونية تقنية مجربة ومعروفة بقدراتها على تكوين الإدخال/الإخراج وTSV عالية الكثافة، وتلعب دورًا حاسمًا في تغليف شرائح IC 2.5D و3D.
التطبيقات النموذجية للمتدخل في تقسيم النظام
طبقة إعادة التوزيع
تتكون طبقة إعادة التوزيع من وصلات نحاسية أو آثار تستخدم في تأسيس التوصيلات الكهربائية بين الأجزاء المختلفة من الحزمة. إنها طبقة عازلة معدنية أو بوليمرية عالية تسمح بتكديس القوالب العارية في العبوة، مما يقلل من درجة الإدخال/الإخراج لمجموعات الرقائق الكبيرة. أصبحت طبقة إعادة التوزيع جزءًا لا يتجزأ من حلول التعبئة والتغليف ثنائية ونصف وثلاثية الأبعاد، مما يتيح للرقائق الموجودة عليها التواصل مع بعضها البعض من خلال الوسيط.
التغليف المتكامل باستخدام طبقة إعادة التوزيع
عبر السيليكون (TSV)
تعد TSV تقنية تمكينية رئيسية لحلول التعبئة والتغليف ثنائية ونصف الأبعاد وثلاثية الأبعاد، والتي تتضمن تعبئة النحاس في الرقائق لتوفير اتصالات بينية رأسية من خلال رقائق السيليكون العارية. فهو يجتاز الشريحة بأكملها لتسهيل التوصيلات الكهربائية، مما يخلق أقصر مسار من جانب واحد من الشريحة إلى الجانب الآخر.
تتضمن العملية حفر الثقوب أو التجاويف من الجانب الأمامي للرقاقة إلى عمق معين، وعزلها، وملئها بمادة موصلة (عادةً النحاس). بعد تصنيع الرقاقة، يتم تخفيف الرقاقة من الجانب الخلفي لكشف ممرات السيليكون والمعادن المترسبة على الجانب الخلفي من الرقاقة، مما يكمل التوصيلات البينية TSV.
في عبوات TSV، يتم تأريض شرائح DRAM واختراقها وتوصيلها بأقطاب كهربائية
التوصيات ذات الصلة
粤公网安备44030002007346号