المصطلحات الأساسية للتغليف المتقدم

يعد التغليف المتقدم أحد المعالم التكنولوجية البارزة في عصر "أكثر من مجرد مور".نظرًا لأن تصغير الرقائق في كل عقدة عملية أصبح أمرًا صعبًا ومكلفًا بشكل متزايد، يقوم المهندسون بوضع شرائح متعددة في حزم متقدمة بحيث لا يضطرون بعد الآن إلى المعاناة من أجل تقليصها.توفر هذه المقالة مقدمة مختصرة عن 10 من المصطلحات الأكثر شيوعًا المستخدمة في تكنولوجيا التغليف المتقدمة.

حزم 2.5D

تعد الحزمة 2.5D بمثابة تطور لتقنية التعبئة والتغليف IC التقليدية ثنائية الأبعاد، مما يسمح باستخدام الخطوط الدقيقة والمساحة.في حزمة 2.5D، يتم تكديس القوالب العارية أو وضعها جنبًا إلى جنب فوق طبقة وسيط مع السيليكون عبر فيا (TSVs).توفر الطبقة الأساسية، أو طبقة الوسيط، الاتصال بين الرقائق.

تُستخدم الحزمة 2.5D عادةً لوحدات ASIC وFPGAs ووحدات معالجة الرسومات ومكعبات الذاكرة المتطورة.شهد عام 2008 قيام Xilinx بتقسيم FPGAs الكبيرة إلى أربع شرائح أصغر ذات إنتاجية أعلى وربطها بطبقة المتدخل السيليكوني.وهكذا ولدت حزم 2.5D وأصبحت في نهاية المطاف تستخدم على نطاق واسع لتكامل معالج الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي (HBM).

رسم تخطيطي لحزمة 2.5D

تغليف ثلاثي الأبعاد

في حزمة IC ثلاثية الأبعاد، يتم تكديس القالب المنطقي معًا أو مع قالب تخزين، مما يلغي الحاجة إلى إنشاء نظام كبير على الرقائق (SoCs).يتم توصيل القالب ببعضه البعض بواسطة طبقة وسيط نشطة، بينما تستخدم حزم 2.5D IC نتوءات موصلة أو TSVs لتكديس المكونات على طبقة الوسيط، بينما تقوم حزم 3D IC بتوصيل طبقات متعددة من رقائق السيليكون بالمكونات التي تستخدم TSVs.

تعد تقنية TSV هي التقنية التمكينية الرئيسية في كل من حزم IC 2.5D و3D، وتستخدم صناعة أشباه الموصلات تقنية HBM لإنتاج شرائح DRAM في حزم IC ثلاثية الأبعاد.

يُظهر مقطع عرضي للحزمة ثلاثية الأبعاد أن الترابط الرأسي بين رقائق السيليكون يتم تحقيقه من خلال TSVs النحاسية المعدنية.

شريحة صغيرة

تعد Chiplets شكلاً آخر من أشكال التغليف ثلاثي الأبعاد IC الذي يتيح التكامل غير المتجانس بين مكونات CMOS والمكونات غير CMOS.بمعنى آخر، فهي عبارة عن شرائح نفط صغيرة (SoCs) أصغر، وتسمى أيضًا شرائح صغيرة، وليست شرائح نفطية كبيرة (SoCs) في الحزمة.

إن تقسيم شركة نفط الجنوب الكبيرة إلى شرائح أصغر حجمًا يوفر عوائد أعلى وتكاليف أقل من القالب العاري الواحد.تتيح الشرائح الصغيرة للمصممين الاستفادة من مجموعة واسعة من عناوين IP دون الحاجة إلى التفكير في عقدة العملية التي يجب استخدامها والتكنولوجيا التي يجب استخدامها لتصنيعها.ويمكنهم استخدام مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك السيليكون والزجاج والصفائح لتصنيع الشريحة.

تتكون الأنظمة المعتمدة على شرائح من شرائح متعددة على طبقة وسيطة

حزم الخروج من المروحة

في حزمة Fan Out، يتم تهوية "الاتصال" على سطح الشريحة لتوفير المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج الخارجية.إنها تستخدم مادة قولبة إيبوكسي (EMC) مدمجة بالكامل في القالب، مما يلغي الحاجة إلى عمليات مثل صدم الرقاقة، والصهر، وتركيب الرقاقة القلابة، والتنظيف، والرش السفلي، والمعالجة.ولذلك، ليست هناك حاجة إلى طبقة وسيطة أيضًا، مما يجعل التكامل غير المتجانس أسهل بكثير.

توفر تقنية Fan-out حزمة أصغر مع قدر أكبر من الإدخال/الإخراج مقارنة بأنواع الحزم الأخرى، وفي عام 2016 كانت نجمة التكنولوجيا عندما تمكنت Apple من استخدام تقنية التغليف الخاصة بـ TSMC لدمج معالج التطبيقات 16 نانومتر وذاكرة الوصول العشوائي المحمولة في حزمة واحدة لجهاز iPhone 7.

التعبئة والتغليف مروحة خارج

التعبئة والتغليف على مستوى الرقاقة (FOOWLP)

تعد تقنية FOWLP بمثابة تحسين للتغليف على مستوى الرقاقة (WLP) الذي يوفر المزيد من التوصيلات الخارجية لرقائق السيليكون.يتضمن ذلك دمج الرقاقة في مادة قولبة إيبوكسي ثم إنشاء طبقة إعادة توزيع عالية الكثافة (RDL) على سطح الرقاقة وتطبيق كرات اللحام لتشكيل رقاقة مُعاد تشكيلها.

يوفر FOWLP عددًا كبيرًا من الاتصالات بين الحزمة ولوحة التطبيق، ونظرًا لأن الركيزة أكبر من القالب، فإن درجة القالب تكون في الواقع أكثر استرخاءً.

مثال على حزمة FOWLP

التكامل غير المتجانس

يمكن أن يؤدي دمج المكونات المختلفة المصنعة بشكل منفصل في تجميعات ذات مستوى أعلى إلى تعزيز الأداء الوظيفي وتحسين خصائص التشغيل، بحيث يكون مصنعو مكونات أشباه الموصلات قادرين على دمج المكونات الوظيفية مع تدفقات العمليات المختلفة في مجموعة واحدة.

يشبه التكامل غير المتجانس النظام في الحزمة (SiP)، ولكن بدلاً من الجمع بين عدة قوالب عارية على ركيزة واحدة، فهو يجمع بين عناوين IP متعددة في شكل شرائح صغيرة على ركيزة واحدة.الفكرة الأساسية للتكامل غير المتجانس هي الجمع بين مكونات متعددة ووظائف مختلفة في نفس الحزمة.

بعض اللبنات التقنية في التكامل غير المتجانس

إتش بي إم

HBM هي تقنية تخزين مكدسة قياسية توفر قنوات ذات نطاق ترددي عالي للبيانات داخل المكدس وبين الذاكرة والمكونات المنطقية.تقوم حزم HBM بتكديس قوالب الذاكرة وتوصيلها معًا عبر TSV لإنشاء المزيد من عمليات الإدخال/الإخراج وعرض النطاق الترددي.

HBM هو معيار JEDEC الذي يدمج عموديًا طبقات متعددة من مكونات DRAM داخل الحزمة، جنبًا إلى جنب مع معالجات التطبيقات ووحدات معالجة الرسومات وSOCs.يتم تطبيق HBM بشكل أساسي كحزمة 2.5D للخوادم المتطورة ورقائق الشبكات.يعالج إصدار HBM2 الآن قيود السعة ومعدل الساعة الخاصة بإصدار HBM الأولي.

حزم HBM

طبقة المتوسطة

طبقة المتدخل هي القناة التي يتم من خلالها تمرير الإشارات الكهربائية من القالب أو اللوحة العارية متعددة الرقائق الموجودة في العبوة.إنها الواجهة الكهربائية بين المقابس أو الموصلات، مما يسمح بنشر الإشارات بعيدًا وتوصيلها أيضًا بمقابس أخرى على اللوحة.

يمكن أن تكون طبقة الوسيط مصنوعة من السيليكون والمواد العضوية وتعمل كجسر بين القالب المتعدد القوالب واللوحة.تعد طبقات المتداخل السيليكوني تقنية مثبتة ذات كثافة عالية للإدخال/الإخراج وإمكانيات تشكيل TSV وتلعب دورًا رئيسيًا في تغليف شرائح IC 2.5D و3D.

التنفيذ النموذجي لنظام الطبقة المتوسطة المقسمة

طبقة إعادة التوزيع

تحتوي طبقة إعادة التوزيع على التوصيلات النحاسية أو المحاذاة التي تمكن التوصيلات الكهربائية بين الأجزاء المختلفة للحزمة.إنها طبقة من المواد العازلة المعدنية أو البوليمرية التي يمكن تكديسها في العبوة بقالب مكشوف، وبالتالي تقليل تباعد الإدخال/الإخراج للشرائح الكبيرة.أصبحت طبقات إعادة التوزيع جزءًا لا يتجزأ من حلول الحزم 2.5D و3D، مما يسمح للرقائق الموجودة عليها بالتواصل مع بعضها البعض باستخدام الطبقات الوسيطة.

الحزم المتكاملة باستخدام طبقات إعادة التوزيع

TSV

تعد TSV تقنية تنفيذ رئيسية لحلول التعبئة والتغليف 2.5D و3D وهي عبارة عن رقاقة مملوءة بالنحاس توفر اتصالاً عموديًا من خلال قالب رقاقة السيليكون.ويمر عبر القالب بأكمله لتوفير اتصال كهربائي، مما يشكل أقصر مسار من أحد جانبي القالب إلى الجانب الآخر.

يتم حفر الثقوب أو المنافذ إلى عمق معين من الجانب الأمامي للرقاقة، والتي يتم بعد ذلك عزلها وتعبئتها عن طريق ترسيب مادة موصلة (عادةً النحاس).بمجرد تصنيع الرقاقة، يتم تخفيفها من الجانب الخلفي للرقاقة لكشف الفوهات والمعادن المودعة على الجانب الخلفي من الرقاقة لإكمال التوصيل البيني TSV.