Новости

Момент строит для медного гибридного выпуска облигаций, технологии которая смогла вымостить путь к пакетам 2.5D и 3D следующего поколени.

Плавильни, поставщики оборудования, организации НИОКР и другие начинают медный гибридный выпуск облигаций, который процесс что стога и плашки скреплений использующ соединения мед-к-меди в предварительных пакетах. Все еще в НИОКР, гибридный выпуск облигаций для упаковки обеспечивает больше ширины полосы частот с более низкой силой чем существующие методы штабелировать и скреплять. Но гибридный выпуск облигаций также более труден для того чтобы снабдить. Положительная величина, существующие технологии может удлинить дальше чем предположенный, нажимающ вне пункт ввода для гибридного выпуска облигаций.

Медный гибридный выпуск облигаций не нов. Начинающ в 2016, поставщики датчика изображения CMOS начали грузить продукты используя технологию вафл-к-вафли гибридную скрепляя. Для этого, поставщик обрабатывает вафлю логики. После этого, поставщик обрабатывает отдельную вафлю с пикселами. 2 вафли скреплены используя соединения мед-к-меди мелкого шага. Индивидуальные обломоки diced на вафле, формируя датчики изображения CMOS.

Гибридный скреплять работает почти такой же путь для предварительной упаковки, но оно более осложнен. Поставщики работают на различном вызванном изменении выпуском облигаций плашк-к-вафли, где вы штабелируете и скрепляете плашки на interposer или других плашках. «Мы видим сильный момент индустрии для того чтобы начать выпуск облигаций плашк-к-вафли гибридный,» сказал Стефан Hiebert, старший директор по маркетингу на KLA. «Ключевые выгоды выпуска облигаций плашк-к-вафли гибридного свой enablement неоднородной интеграции размером с различн обломоков.»

Эта версия принимает предварительную упаковку к следующему уровню. В одном примере сегодняшней предварительной упаковки, поставщики могут интегрировать стог ДРАХМЫ мульти-плашки в пакете, и соединяют плашки использующ существующие схемы соединения. С гибридным выпуском облигаций, плашки ДРАХМЫ подключены используя соединения мед-к-меди мелкого шага, включающ больше ширины полосы частот. Этот подход также смог быть использован для предварительной логики на штабелировать памяти и другие комбинациях.

«Оно имеет потенциал для много различных применений,» сказал Guilian Gao, выдающийся инженер на Xperi, в недавнем представлении. «Применения примера включают ДРАХМУ 3D, неоднородную интеграцию и дезагрегирование обломока.»

Трудный процесс, однако. выпуск облигаций Плашк-к-вафли гибридный требует древнего умирает, предварительное оборудование и безупречные схемы интеграции. Но если поставщики могут сделать его работать, то технология смогла быть умоляющим вариантом для предварительных дизайнов микросхемы.

Традиционно, выдвинуть дизайн, индустрия начинает систем-на--обломок (SoC), где вы сжимаете различные функции на каждом узле и пакуете их на монолитовое умираете. Но этот подход будет более сложным и дорогим на каждом узле. Пока некоторые будут продолжаться следовать этим путем, много ищут альтернативы. Один путь получить преимущества шкалирования собрать сложные обломоки в традиционном предварительном пакете. Предварительная упаковка используя гибридный выпуск облигаций пока другой вариант.

GlobalFoundries, Intel, Samsung, TSMC и UMC все работая на медном гибридном выпуске облигаций для упаковки. Так Imec и Leti. К тому же, Xperi начинает версию гибридного выпуска облигаций. Xperi лицензирует технологию к другим.

 

Много упаковывая вариантов
Нескольк пакета IC печатают внутри рынок. Один путь поделить на сегменты упаковывая рынок типом соединения, который включает wirebond, сальто-обломок, на уровне вафл упаковку (WLP) и vias через-кремния (TSVs). Соединения использованы для того чтобы соединить одну плашку до другая одна в пакетах. TSVs имеет самые высокие отсчеты I/O, следовать WLP, сальто-обломоком и wirebond. Гибридный выпуск облигаций, пришелец соединения, имеет более высокие плотности чем TSVs.

Некоторые 75% до 80% сегодняшних пакетов основаны на выпуске облигаций провода, согласно TechSearch. Bonder провода шьет один обломок к другому обломоку или субстрат используя крошечные провода. Выпуск облигаций провода использован для пакетов товара и память умирает штабелировать.

В сальто-обломоке, море более больших рему припоя, или крошечные медные рему и штендеры, сформированы поверх обломока используя различные отростчатые шаги. Прибор после этого слегка ударен и установленный на отдельном умрите или взойдите на борт. Рему приземляются на медные пусковые площадки, формируя электрическое соединение. Плашки скреплены используя вызванную систему bonder вафли.

WLP, между тем, упаковывает плашки пока на вафле. Разветвитель один тип WLP. «(на уровне Вафл упаковка) позволяет мы наладить более небольшие двухмерные связи которые перераспределяют выход кремния умрите к большей области, включающ более высокую плотность I/O, более высокая ширина полосы частот и высокий класс исполнения для современных приборов,» сказал скалу McCold, ученого исследования на Veeco, в представлении на ECTC.

Между тем, TSVs использовано в лидирующих пакетах 2.5D/3D. В 2.5D, плашки штабелированы на interposer, который включает TSVs. Interposer действует как мост между обломоками и доской, которая обеспечивает больше I/Os и ширины полосы частот.

Другие варианты пакетов 2.5D и 3D. Высокая память ширины полосы частот (HBM), который штабелирует плашки ДРАХМЫ на одине другого, один тип пакета 3D. Штабелировать логику на логике, или логику на памяти, вытекает. «Логика на штабелировать логики все еще не широко распространена. Логика на памяти что-то которое приходит вниз трубопровод,» сказала Ramune Nagisetty, директор процесса и интеграции продукта на Intel.

В упаковке, самое последнее громкое слово chiplets. Chiplets нет типа упаковки, по сути. С chiplets, чипмейкер может иметь меню модульных плашек, или chiplets, в библиотеке. Клиенты могут смешивани-и-спичка chiplets и соединить их используя схему соединения плашк-к-плашки в пакете.

Chiplets смогло пребывать в существующем типе пакета или новой архитектуре. «Методология архитектуры,» сказал Ng Вальтер, вице-президента развития биснеса на UMC. «Оно оптимизирует решение кремния для необходимой задачи. Все из тех рассмотрение представления, имеют ли свои скорость, жара или сила. Оно также имеет фактор стоимости, в зависимости от какой подход вы принимаете.»

Для сегодняшних самых предварительных пакетов 2.5D и 3D, поставщики используют существуя схемы соединения и bonders вафли. В этих пакетах, плашки штабелированы и соединены используя медные microbumps и штендеры. Основанный на материалах припоя, рему и штендеры обеспечивают приборы небольших, быстро электрических связей между различные.

Самые предварительные microbumps/штендеры крошечные структуры с тангажами 40μm до 36μm. Тангаж ссылается на, который дали космос. Тангаж 40μm включает 25μm медный штендер в размер с 15μm размечая.

Для требований к мелкого шага, индустрия использует термальный выпуск облигаций обжатия (TCB). Bonder TCB комплектует вверх плашку и выравнивает рему к тем от других умирает. Оно скрепляет рему используя силу и жару.

TCB, однако, медленный процесс. Поверх этого, медные рему/штендеры причаливают их физическим пределам. Некоторые считают, что предел тангажи вокруг 20μm.

Некоторые пробуют удлинить тангаж рему. Imec начинает технологию которая включает тангажи рему 10μm используя сегодняшний TCB. 7μm и 5μm в НИОКР.

Настоящие тангажи рему 40μm имеют достаточные материалы припоя для того чтобы возмещать потерю изменения в подаче. «При масштабировании к тангажу 10μm и ниже, это больше не случая. В мелкий шаг microbumps, электрический выход и хорошее совместное образование зависят сильно на точности, рассогласование и наклон инструмента TCB и количества деформации припоя,» сказал Jaber Derakhshandeh, старший ученого на Imec, в бумаге на недавнем конференции ECTC.

Для того чтобы удлинить microbump, Imec начинало процесс прокладки металла. Как раньше, microbumps все еще сформированы на плашке. В процессе Imec, фиктивные microbumps металла также сформированы на плашке. Фиктивные рему походят крошечные лучи которые задерживают структуру.

«Фиктивное microbump прокладки металла введено к плашк-к-вафле 3D штабелируя для того чтобы смягчать ошибку наклона инструмента TCB и контролировать деформацию припоя, так, что электрическое сопротивление и совместное качество образования выпуска облигаций будут таким же для различных положений скрепленных плашек,» Derakhshandeh сказало.

Что гибридный выпуск облигаций?
В какой-то момент, microbumps/штендеры и TCB смогли побежать из пара. Это где медные гибридные скрепляя пригонки внутри. Ожидано, что введено после того как технология microbump ударяет стену, или даже прежде этого.

Microbumps не идет прочь в любое время скоро. И технологии-microbumps и гибрид выпуск облигаций-будут иметь место в рынке. Это зависит от применения.

Гибридный выпуск облигаций приобретает пар, однако. TSMC, самый вокальный защитник, работает на вызванной технологии Системой на интегрированном обломоке (SoIC). Используя гибридный выпуск облигаций, технология SoIC TSMC включает тангажи sub-10μm скрепляя. Сказаны, что имеет SoIC 0.25X тангаж рему-пусковой площадки над существующими схемами. Версия высокой плотности включает больше чем скорость связи обломок-к-обломока 10X с до почти плотностью ширины полосы частот 20,000X, и выход по энергии 20X.

Намечанный для продукции в 2021, SoIC смогло включить мелкий шаг HBM и память SRAM, так же, как кубы архитектур обломока 3D-like. Сравненный к сегодняшнему HBMs, «SoIC-интегрированные кубы памяти ДРАХМЫ могут предложить плотность более высокой памяти, ширина полосы частот и энергетический коэффициент полезного действия,» сказал M.F. Chen, исследователя на TSMC, в недавней бумаге.

TSMC начинает выпуск облигаций обломок-к-вафли гибридный. Выпуск облигаций сам вафли не нов и был использован в MEMS и других применениях в течение многих лет. Разные виды выпуска облигаций вафли. «Изготовление и упаковка микроэлектронных и microelectromechanical систем полагаются на выпуске облигаций 2 субстратов или вафли,» сказал Xiao Liu, старший химика исследования на науке винодела, в представлении. «В microelectromechanical процессах изготовления системы (MEMS), вафля прибора будет скреплена к другой вафле для защиты чувствительной структуры MEMS. Сразу скрепляя технологии как выпуск облигаций сплавливания и анодные технологии выпуска облигаций или косвенных скрепляя как металл эутектический, выпуск облигаций термокомпрессии и слипчивый выпуск облигаций обыкновенно используемые методы для служения микроэлектронной индустрии. Используя скрепляя прилипатель по мере того как посредник между 2 субстратами учитывает гибкую обработку с несколькими преимуществ.»

Медный гибридный выпуск облигаций сперва появился в 2016, когда Sony использовала технологию для датчиков изображения CMOS. Sony лицензировала технологию от Ziptronix, теперь часть Xperi.

Для этого применения, технология Xperi вызвана сразу скрепляет соединение (DBI). DBI проведено в традиционное сказочном, и включает процесс выпуска облигаций вафл-к-вафли. В подаче, вафля обработана и после этого пусковые площадки металла утоплены на поверхности. Поверхность planarized и после этого активирована.

Отдельная вафля проходит подобный процесс. Вафли скреплены используя процесс 2-шага. Скрепление диэлектрик-к-диэлектрика, следовать соединением металл-к-металла.

«Общий, вафл-к-вафля метод выбора для прибора изготовляя, где вафли остаются в первоначальной сказочной окружающей среде во время всего потока процесса,» сказала Томас Uhrmann, директор развития биснеса на группе EV. «В этом случае, подготовка вафли для гибридного выпуска облигаций имеет множественные проблемы в правилах, чистоте, выборе материала вместе с активацией и выравнивании дизайна интерфейса. Любая частица на поверхности окиси вводит пустые 100 к 1 000 раз большой чем размер частицы.»

Все еще, технология доказана для датчиков изображения. Теперь, другие приборы в работах. «Более дополнительные приборы запланированы для следования, как штабелированное SRAM к процессору умирает,» Uhrmann сказало.

Гибридный выпуск облигаций для упаковки
Для предварительного обломока упаковывая, индустрия также работает на выпуске облигаций плашк-к-вафли и меди плашк-к-плашки гибридном. Это включает штабелировать плашку на вафле, плашку на interposer, или плашку на плашке.

Это более трудно чем выпуск облигаций вафл-к-вафли. «Для выпуска облигаций плашк-к-вафли гибридного, инфраструктуры отрегулировать плашки без сумматоров частицы, так же, как способности к плашкам скрепления, будет главной проблемой,» Uhrmann сказало. «Пока дизайн интерфейса и препроцессирование для уровня плашки можно скопировать и/или приспособиться от уровня вафли, множественные проблемы возникая в регуляции плашки. Типично, конечные процессы, как dicing, умирают отрегулировать, и умирают переход на рамке фильма, должны быть приспособлены к первоначальным чистым уровням, позволяющ высоким скрепляя выходам на уровне плашки.

«Вафл-к-вафля работает,» Uhrmann сказало. «Когда я посмотрю инженерные работы и буду видеть куда развитие инструмента идет (для обломок-к-вафли), очень осложненная задача интеграции. Люди как TSMC нажимают индустрию. Поэтому, мы увидим его. В продукции, заявление более безопасной гавани было бы где-то в 2022 или 2023. Потенциально, оно смогл быть немного более предыдущим.»

Гибридный выпуск облигаций для упаковки другой другим образом. Традиционно, упаковка IC проведена на OSAT или упаковывая доме. В медном гибридном выпуске облигаций, процесс проведен внутри чистая комната в вафле сказочной, не OSAT.

Не похож на традиционную упаковку, которая общается с размером с μm дефектами, гибридный выпуск облигаций чувствителен к крошечным дефектам nm-масштаба. Необходима, что предотвращает чистая комната сказочный-класса крошечные дефекты от нарушать процесс.

Управление дефекта критическое здесь. «По мере того как предварительные упаковывая процессы все больше и больше сложны и особенность, который включили как все больше и больше небольшое, потребность для эффективного управления производственным процессом продолжается вырасти. Цене отказа высоко дают эти процессы использует дорогое известное хорошее умирает,» сказал Тим Skunes, вице-президента НИОКР на CyberOptics. «Между компонентами, рему для того чтобы наладить вертикальные электрические связи. Контролируя высота и coplanarity рему жизненно важны к обеспечению надежным связям между штабелированных компонентов.»

Действительно, известные хорошие умирают (KGD) критические. KGD unpackaged часть или обнаженное умирает которое соотвествует, который дали спецификации. Без KGD, пакет может пострадать от низких выходов или потерпит неудачу.

KGD имеет значение для упаковывая домов. «Мы получаем обнаженные плашки и мы кладем их в пакет для того чтобы поставить продукт с функциональностью. Люди спрашивают нам обеспечить очень высокие выходы,» сказало Lihong Cao, директор проектировать и технический маркетинг на ASE, на последнем событии. «Так в отношении известное хорошего умираем, мы хотим иметь его полно испытали с хорошей функциональностью. Мы хотим, чтобы оно будет 100%.»

Тем не менее, подача плашк-к-вафли гибридная скрепляя подобна процессу вафл-к-вафли. Большая разница обломоки diced и штабелирована на interposers или других плашках использующ высокоскоростные bonders сальто-обломока.

 

Весь процесс начинает в сказочном, где обломоки обработаны на вафле используя различное оборудование. Эта часть сказочного вызвана передн-конц---линией (FEOL). В гибридном выпуске облигаций, два или больше вафли обработаны во время подачи.

После этого, вафли погружены к отдельной части сказочного вызвали конец---линию (BEOL). Используя различное оборудование, вафли проходят одиночный дамасскский процесс в BEOL.

Одиночный дамасскский процесс зрелая технология. По существу, материал окиси депозирован на вафле. Крошечные vias сделаны по образцу и вытравлены в материале окиси. Vias заполнены с медью используя процесс низложения.

Это, в свою очередь, формирует медные соединения или пусковые площадки на поверхности вафель. Медные пусковые площадки относительно большие, измеряющ в масштабе μm. Этот процесс несколько подобен сегодняшней предварительной продукции обломока в fabs. Для предварительных обломоков, хотя, большая разница что медные соединения измерены на nanoscale.

Это только начало процесса. Здесь где меди плашк-к-вафли Xperi начала процесса выпуска облигаций новой гибридные. Другие используют подобные или немножко различные подачи.

Первый шаг в процессе плашк-к-вафли Xperi отполировать поверхность вафель используя химический механический полировать (CMP). CMP проведен в системе, которая полирует поверхность используя химические и механические силы.

Во время процесса, медные пусковые площадки немножко утоплены на поверхности вафли. Цель получить мелкий и равномерный гнездо, включающ хорошие выходы.

CMP трудный процесс. Если поверхность сверх-отполирована, то медный гнездо пусковой площадки будет слишком большим. Некоторые пусковые площадки не могут присоединиться во время скрепляя процесса. Если под-отполировано, медная выпарка может создать электрические шорты.

Решение. Xperi начинало возможности CMP 200mm и 300mm. «Технология CMP развивала значительно в последнем десятилетии с нововведением вокруг дизайна оборудования, мониторы вариантов slurry и в-процесса для того чтобы включить repeatable и крепкие процессы с точным контролем,» сказал Лаура Mirkarimi, вице-президента инженерства на Xperi.

После этого, вафли проходят шаг метрологии, который измеряет и характеризует поверхностную топографию. Атомная микроскопия силы (AFM) и другие инструменты использованы для того чтобы характеризовать поверхность. AFM использует крошечный зонд для того чтобы включить измерения в структурах. К тому же, системы контроля вафли также использованы.

Это ответственная часть процесса. «Для гибридного выпуска облигаций, профиль поверхности вафли после дамасскского образования пусковой площадки необходимо измерить с точностью подводн-нанометра для обеспечения что медные пусковые площадки соотвествуют требуя гнезда или выступания,» Hiebert KLA сказал. «Главные проблемы процесса медного гибридного выпуска облигаций включают управление дефекта поверхности для предотвращения свободных пространств, на уровне нанометр поверхностного управления профиля поддержать крепкий гибридный контакт пусковой площадки скрепления, и контролирующ выравнивание медных пусковых площадок на верхней части и дне умрите. По мере того как гибридные тангажи скрепления получают небольшой, например, меньше чем 2μm в подачах вафл-к-вафли или меньше чем 10μm в подачах плашк-к-вафли, этих дефект поверхности, поверхностный профиль, и скрепляют проблемы выравнивания пусковой площадки будут даже более значительными.»

Это не может быть достаточно. В некоторый момент в течение эта подача, некоторые могут рассматривать шаг зонда. «Зондирующ сразу на медных пусковых площадках или медных рему традиционно воспринимает как невозможный,» сказал Ами Leong, старший вице-президент на FormFactor. «Главная забота как сделать стабилизированный электрический контакт между подсказками зонда и рему.»

Для этого, FormFactor начинало основанный на MEMS дизайн подсказки зонда, прозванный конек. Совмещенный с низкой силой контакта, подсказка нежно выходит сквозь отверстие слой оксидации для того чтобы коснуться электрический контакт с рему.

Больше шагов
После шага метрологии, вафли проходят чистку и обожгите процесс. Обожгите шаг делает в обработке партиями со стогом вафель с плашками на верхней части.

После этого, обломоки diced на вафле используя систему скрытности лезвия или лазера dicing. Это, в свою очередь, создает индивидуальные плашки для упаковки. Процесс singulation плашки бросает вызов. Он может произвести частицы, загрязняющие елементы, и дефекты края.

«Для выпуска облигаций плашк-к-вафли гибридного, вафли dicing и умереть отрегулировать для добавления дополнительных источников для поколения частицы, которым необходимо управлять,» Hiebert KLA сказало. «Плазма dicing под исследованием для схем выпуска облигаций плашк-к-вафли гибридных из-за своих гораздо ниже уровней заражения частицы.»

Скрепляя шаг следующий. В деятельности, bonder сальто-обломока скомплектует плашку сразу от dicing рамки. После этого, система установит плашку на вафлю хозяина или другие умирают. 2 структуры немедленно скреплены на комнатных температурах. В медном гибридном выпуске облигаций, обломоки или вафли скреплены используя скрепление диэлектрик-к-диэлектрика, следовать соединением металл-к-металла.

Этот процесс представляет некоторые проблемы, а именно точность юстировки bonders. В некоторых случаях, точности юстировки заказанн нескольких микронов. Индустрия хочет возможности подводной лодки-μm.

«Пока выравнивание плашек так же, как объем проектируя проблема, bonders обломока сальто уже делал большущий шаг вперед. Все еще проблема регуляции плашек с таким же уровнем чистоты над всем населением,» Uhrmann группы EV сказало. «скреплять Вафл-к-вафли двигает к требованиям чем верхний слой 100nm и поэтому квалифицирует для предварительных узлов. Для плашк-к-вафли, типично зависимость между точностью и объемом, где более высокая точность торговата более низким объемом населения. По мере того как были оптимизированы инструменты для процессов конца как припой и выпуск облигаций термокомпрессии, спецификация 1µm была хороша достаточно в течение длительного времени. Гибридный выпуск облигаций плашк-к-вафли изменил дизайны оборудования, вызванные точностью и чистотой оборудования. Предстоящее поколение инструментов имеет спецификацию хорошо под точностью 500nm.»

Индустрия подготавливает bonders. На ECTC, БЫТЬ полупроводником (Besi) представил первые результаты нового гибридного прототипа bonder обломок-к-вафли, с окончательными целями спецификации σ 200nm @ 3, окружающая среда чистой комнаты ISO 3 с 2 000 UPH для субстратов вафли 300mm.

«Машина состоит из таблицы вафли компонента (под рабочей зоной), таблицы вафли субстрата, и 2 отраженных системы выбор-и-места (включая флиппер, камеры, и двигая головы скрепления) работая одновременно на одном субстрате и компонентной вафле для двойного объема,» сказал Birgit Brandstätter, управляющего фондом НИОКР на Besi, в бумаге.

Машина имеет этап входного сигнала, где введены журналы для субстратов (хозяев) и вафель компонента. Эти питаются в рабочую зону машины. Вафля хозяина транспортирована к «таблице субстрата.» Компонентная вафля транспортирована к «таблице вафли» расположенной под «таблицей субстрата.» Плашки от компонентной вафли скомплектованы и помещены на вафле субстрата.

«Цикл выбор-и-места начинает с компонентным опознаванием на компонентной вафле с камерой вафли. Выбран индивидуальный обломок, выкинутый с иглами выталкивателя, скомплектовал вверх со слегка ударенным флиппером (влево или вправо), и перенесенный к инструменту выбора и места (соответствуя стороны),» Brandstätter сказало. «Затем, голова скрепления двигает плашку над выглядящей вверх камерой (компонента) которая определяет точное положение плашки на инструменте выбор-и-места. Дальше, движения скрепления главные к положению субстрата, и камера субстрата (ухудшающаяся) обнаруживают точное скрепляя положение на субстрате. выравнивание Подводн-микрометра выполнено с piezo-сработанными приводами, и на месте выравнивание во время движений точности использовано дальше для того чтобы оптимизировать положение плашки. В конце концов, голова скрепления устанавливает плашку на скрепляя положение с выбранными силой скрепления и задержкой скрепления. Цикл выполнен параллельно для левой стороны и правильной стороны и повторен до тех пор пока субстрат полно не заселен.»

Машина автоматически изменяет вафли субстрата и компонента по мере необходимости для подачи продукции, согласно компании. Для того чтобы достигнуть высокой точности, новое оборудование выравнивания и оптики для быстрого, крепкого, и сильно точного выравнивания запущено, согласно компании.

Все еще, сражение нет сверх. Ошибки при установке могут отделать поверхность. Дефекты могут подрезать вверх. Как со всеми приборами и пакетами, гибридными скрепленными пакетами 2.5D и 3D вероятно пройдет больше шагов теста и осмотра. Даже тогда, одна неудача умирает смогла убить пакет.

Заключение
Ясно, гибридный выпуск облигаций позволяя технология. Он смог порождать новый класс продуктов.

Но клиентам будет нужно весить варианты и выкапывать глубокую в детали. Как не легко как оно звучит. (От Марк LaPedus)