Haberler

En gelişmiş düğümlerde çip geliştirmenin artan maliyeti ve karmaşıklığı, birçok yonga üreticisini bu yongayı birden çok parçaya ayırmaya zorluyor, bunların tümü öncü düğümler gerektirmiyor.Buradaki zorluk, bu ayrıştırılmış parçaların nasıl tekrar bir araya getirileceğidir.

Karmaşık bir sistem monolitik olarak entegre edildiğinde - tek bir silikon parçası üzerinde - nihai ürün, bileşen cihazlarının termal bütçe kısıtlamaları arasında bir uzlaşmadır.

Örneğin 3D NAND, yüksek sıcaklıkta polisilikona ihtiyaç duyar, ancak gereken sıcaklıklar CMOS mantığının performansını düşürür.

Hafızayı ve mantığı ayrı plakalara ayırmak, üreticilerin her teknolojiyi bağımsız olarak optimize etmesine olanak tanır.Heterojen entegrasyon, sensörler, alıcı-vericiler ve diğer CMOS olmayan öğeler karışıma eklendikçe daha da çekici hale geliyor.

Sorun, tüm parçaların nasıl bağlanacağıdır.Monolitik entegrasyon, iyi kurulmuş arka uç (BEOL) metalleştirme işlemlerine bağlıdır.Bileşenler ayrı ayrı paketlendiğinde, üreticiler yuvarlak ızgara dizilerine ve benzer tasarımlara yönelirler.Ancak iki veya daha fazla kalıp tek bir pakette birleştirildiğinde, bunları birbirine bağlamak için kullanılan işlemler, ikisi arasındaki zayıf bir şekilde tanımlanmış bir orta zeminde bulunur.

Paket içi sistem tasarımlarının çoğu lehim bağlantılarına dayanır.Toplama ve yerleştirme araçları, önceden darbeli tekil kalıpları bir aracıya veya doğrudan bir hedef gofret üzerine yerleştirir.Yeniden akış fırınları, lehim bağlarını tek bir yüksek verimli adımda tamamlar.Daha yumuşak lehim malzemesi aynı zamanda uyumlu bir katman görevi görerek, aksi takdirde bağ kalitesini bozabilecek yükseklik değişikliklerini düzeltir.

Ne yazık ki, lehim tabanlı teknoloji, görüntü sensörlerinin, yüksek bant genişliğine sahip belleğin ve benzer uygulamaların talep ettiği çok yüksek yoğunluklu bağlantılara ölçeklenmiyor.Bağlama işlemi, lehim darbelerini düzleştirir ve sıkıştırır, bu nedenle bağın nihai ayak izi, darbe aralığından biraz daha büyüktür.Bu adım düştükçe, sağlam bir bağlantı kurmak için yeterli lehim için yer kalmaz.Guilian Gao ve Xperi'deki meslektaşları, 2019 Uluslararası Gofret Seviyesi Paketleme Konferansı'nda sunulan çalışmada, lehim bazlı entegrasyon için minimum uygulanabilir ziftin yaklaşık 40 mikron olduğunu tahmin ediyor.

Cu-Sn lehim bağlantıları, çatlaklara, yorulma hatalarına ve elektromigrasyona katkıda bulunan zayıf mekanik özelliklerle daha da sınırlıdır.Endüstri, daha fazla adım ölçeklendirmeyi kolaylaştırmak için alternatif bir katı hal bağlama teknolojisi arıyor, ancak pek çok işlem lehim bağlamanın yüksek hızı, düşük maliyeti ve esnekliği ile eşleşemiyor.

Örneğin, seçilen herhangi bir bağlama şeması, bağ pedleri ve yerleştiricilerdeki yükseklik değişikliklerini karşılayabilmelidir.İşlem sıcaklığı, cihaz yığınının tüm bileşenlerini korumak için yeterince düşük olmalıdır.Paketleme şemaları, çok sayıda aracı katmanı ve eklenmiş yongalar içerdiğinde, taban katmanı özellikle zorlu termal gereksinimlerle karşı karşıya kalır.Tabanın üzerindeki her katman, ayrı bir bağlama aşaması gerektirebilir.

Önerilen bir alternatif, bakır-bakır doğrudan bağlama, basitlik avantajına sahiptir.Araya giren katman olmadığından, sıcaklık ve basınç, üst ve alt pedleri tek bir metal parçası halinde birleştirerek mümkün olan en güçlü bağlantıyı sağlar.Termokompresyon bağlamanın arkasındaki fikir budur.Bir kalıp üzerindeki bakır sütunlar, ikinci bir kalıptaki eşleştirme pedleri.Kalıcı bir bağ oluşturmak için arayüz boyunca ısı ve basınç difüzyonu sağlar.300 ºC aralığındaki tipik sıcaklıklar bakırı yumuşatarak iki yüzeyin birbirine uymasını sağlar.Termokompresyon bağlama 15 ila 60 dakika sürebilir ve bakır oksidasyonunu önlemek için kontrollü bir atmosfer gerektirir.

Temiz yüzeyler birbirine yapışır
Yakından ilişkili bir teknik olan hibrit bağlama, metali dielektrik bir katmana gömerek oksidasyonu önlemeye çalışır.Gofret ara bağlantı metalizasyonunu anımsatan bir damascene işleminde, elektrolizle kaplanmış bakır, dielektrikte kesilen delikleri doldurur.CMP, fazla bakırı gidererek dielektriğe göre girintili olan bağ pedleri bırakır.İki dielektrik yüzeyin temas halinde yerleştirilmesi geçici bir bağ oluşturur.

2019 IEEE Elektronik Bileşenler ve Teknoloji Konferansı'nda sunulan çalışmada, Leti'deki araştırmacılar, hizalamayı kolaylaştırmak için bir su damlası kullanımını gösterdiler.Xperi grubu, bu bağın, üreticilerin eksiksiz bir çok yongalı yığın oluşturmasına izin verecek kadar güçlü olduğunu açıkladı.

Dielektrik bağ bakırı kapsüller, oksitlenmeyi önler ve bağlama ekipmanının ortam atmosferini kullanmasına izin verir.Kalıcı bir bağ oluşturmak için üreticiler, bakırın daha büyük termal genleşme katsayısından yararlanan bir tavlamaya yönelirler.Dielektrik tarafından hapsedilen bakır, serbest yüzeyinde genişlemeye zorlanır ve iki kalıp arasındaki boşluğu doldurur.Bakır difüzyonu daha sonra kalıcı bir metalurjik bağ oluşturur.Karmaşık bir yığında, tek bir tavlama aşaması, tüm bileşen yongalarını aynı anda bağlayabilir.Nispeten düşük tavlama sıcaklıkları, doğal oksit veya başka bir bariyerin yokluğunda yeterlidir.

Bağ pedlerinin yüksekliği, olgun ve iyi kontrol edilen bir süreç olan CMP tarafından tanımlanır.Tüm bu nedenlerden dolayı, gofret-wafer hibrit yapıştırma, görüntü sensörleri gibi uygulamalarda birkaç yıldır kullanılmaktadır.Wafer-wafer yapıştırma uygulamaları, wafer'lar arasında tampon hizalaması gerektirir ve kayıpları en aza indirmek için yüksek cihaz verimine bağlıdır.İki gofret üzerindeki kusurlu kalıpların aynı hizaya gelmesi olası değildir, bu nedenle bir gofret üzerindeki bir kusur, eşleşen gofrette karşılık gelen iyi bir yonganın kaybına neden olabilir.

Kalıptan levhaya ve kalıptan birleştiriciye hibrit bağlama, potansiyel olarak daha büyük bir uygulama alanı açabilir ve tek bir pakette karmaşık heterojen sistemlere izin verebilir.Ancak, bu uygulamalar aynı zamanda daha karmaşık süreç akışları gerektirir.Gofretten gofrete ve kalıptan gofrete (veya birleştiriciye) süreçleri, CMP adımında ve bağın kendisine benzer talepler getirirken, CMP sonrası tekil yongaların işlenmesi daha zordur.Üretim hattı, doğası gereği dağınık tekilleştirme adımıyla üretilen parçacıkları kontrol edebilmeli, boşluklardan ve diğer bağlanma kusurlarından kaçınabilmelidir. Katherine Derbyshire'dan.