Հիմնական տերմինաբանություն առաջադեմ փաթեթավորման համար

Ընդլայնված փաթեթավորումը «Ավելին քան Մուր» դարաշրջանի տեխնոլոգիական կարևորագույն կետերից մեկն է:Քանի որ չիպերը դառնում են ավելի ու ավելի դժվար և թանկ են դառնում յուրաքանչյուր գործընթացի հանգույցում մանրանկարչությունը, ինժեներները մի քանի չիպեր են դնում առաջադեմ փաթեթների մեջ, որպեսզի նրանք այլևս ստիպված չլինեն պայքարել դրանք փոքրացնելու համար:Այս հոդվածը հակիրճ ներկայացնում է 10 ամենատարածված տերմինները, որոնք օգտագործվում են առաջադեմ փաթեթավորման տեխնոլոգիայում:

2.5D փաթեթներ

2.5D փաթեթը ավանդական 2D IC փաթեթավորման տեխնոլոգիայի առաջընթացն է, որը թույլ է տալիս ավելի նուրբ գիծ և տարածություն օգտագործել:2.5D փաթեթի մեջ մերկ ձողերը դրվում են կամ տեղադրվում կողք կողքի միջդիրքային շերտի վերևում սիլիցիումի միջոցով (TSVs):Հիմքը կամ միջդիրքային շերտը ապահովում է չիպերի միջև կապը:

2.5D փաթեթը սովորաբար օգտագործվում է բարձրակարգ ASIC-ների, FPGA-ների, GPU-ների և հիշողության խորանարդների համար:2008 թվականին Xilinx-ը բաժանեց իր մեծ FPGA-ները չորս ավելի փոքր չիպերի, ավելի բարձր եկամտաբերությամբ և միացրեց դրանք սիլիկոնային միջակայքային շերտին:Այսպիսով, 2.5D փաթեթները ծնվեցին և ի վերջո լայնորեն օգտագործվեցին բարձր թողունակության հիշողության (HBM) պրոցեսորների ինտեգրման համար:

2.5D փաթեթի դիագրամ

3D փաթեթավորում

3D IC փաթեթի մեջ տրամաբանական մատիտները դրվում են միասին կամ պահեստավորման մատանիների հետ՝ վերացնելով խոշոր System-on-Chips (SoCs) կառուցման անհրաժեշտությունը:Մատերը միմյանց հետ միացված են ակտիվ ինտերպոզերային շերտով, մինչդեռ 2.5D IC փաթեթներն օգտագործում են հաղորդիչ բամպեր կամ TSV՝ բաղադրիչները միջդիրքային շերտի վրա կուտակելու համար, 3D IC փաթեթները միացնում են սիլիկոնային վաֆլիների մի քանի շերտերը TSV-ների միջոցով:

TSV տեխնոլոգիան և՛ 2,5D, և՛ 3D IC փաթեթներում հիմնական հնարավորություն ստեղծող տեխնոլոգիան է, և կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը օգտագործում է HBM տեխնոլոգիան՝ 3D IC փաթեթներում DRAM չիպեր արտադրելու համար:

3D փաթեթի խաչմերուկի տեսքը ցույց է տալիս, որ սիլիկոնային չիպերի միջև ուղղահայաց փոխկապակցումը ձեռք է բերվում մետաղական պղնձե TSV-ների միջոցով:

Չիպլետ

Չիպլետները 3D IC փաթեթավորման մեկ այլ ձև են, որը հնարավորություն է տալիս CMOS և ոչ CMOS բաղադրիչների տարասեռ ինտեգրումը:Այլ կերպ ասած, դրանք ավելի փոքր SoC-ներ են, որոնք նաև կոչվում են chiplets, այլ ոչ թե մեծ SoC-ներ փաթեթում:

Խոշոր SoC-ն ավելի փոքր, ավելի փոքր չիպերի բաժանելն առաջարկում է ավելի բարձր եկամտաբերություն և ավելի ցածր ծախսեր, քան մեկ մերկ դիզելը:Չիփլետները դիզայներներին թույլ են տալիս օգտվել IP-ի լայն տեսականիից՝ առանց հաշվի առնելու, թե որ գործընթացային հանգույցն օգտագործել և որ տեխնոլոգիան օգտագործել այն արտադրելու համար:Չիպը պատրաստելու համար նրանք կարող են օգտագործել նյութերի լայն տեսականի, ներառյալ սիլիցիում, ապակի և լամինատներ:

Չիպլետների վրա հիմնված համակարգերը կազմված են մի քանի Chiplets-ից՝ միջանկյալ շերտի վրա

Fan Out փաթեթներ

Fan Out փաթեթում «միացումը» օդափոխվում է չիպի մակերևույթից՝ ավելի շատ արտաքին I/O ապահովելու համար:Այն օգտագործում է էպոքսիդային կաղապարման նյութ (EMC), որն ամբողջությամբ ներկառուցված է ձուլվածքի մեջ՝ վերացնելով այնպիսի գործընթացների անհրաժեշտությունը, ինչպիսիք են վաֆլի բախումը, հոսքը, չիպերի վրա տեղադրումը, մաքրումը, ներքևի ցողումը և ամրացումը:Հետևաբար, ոչ մի միջանկյալ շերտ նույնպես չի պահանջվում, ինչը շատ ավելի հեշտ է դարձնում տարասեռ ինտեգրումը:

Fan-out տեխնոլոգիան առաջարկում է ավելի փոքր փաթեթ՝ ավելի շատ I/O-ով, քան մյուս փաթեթների տեսակները, և 2016-ին այն դարձավ տեխնոլոգիական աստղը, երբ Apple-ը կարողացավ օգտագործել TSMC-ի փաթեթավորման տեխնոլոգիան՝ իր 16 նմ հավելվածի պրոցեսորը և շարժական DRAM-ը ինտեգրելու iPhone-ի մեկ փաթեթում: 7.

Fan-out փաթեթավորում

Fan-Out վաֆլի մակարդակի փաթեթավորում (FOWLP)

FOWLP տեխնոլոգիան բարելավված է վաֆլի մակարդակի փաթեթավորման (WLP) վրա, որն ապահովում է ավելի շատ արտաքին կապեր սիլիկոնային չիպերի համար:Այն ներառում է չիպը էպոքսիդային կաղապարման նյութի մեջ ներդնում և այնուհետև վաֆլի մակերեսի վրա բարձր խտության վերաբաշխման շերտի (RDL) կառուցում և զոդման գնդիկների կիրառում` վերականգնված վաֆլի ձևավորման համար:

FOWLP-ն ապահովում է մեծ թվով միացումներ փաթեթի և կիրառական տախտակի միջև, և քանի որ ենթաշերտը ավելի մեծ է, քան ձողիկը, դրա սկիպիդարն իրականում ավելի հանգիստ է:

FOWLP փաթեթի օրինակ

Տարասեռ ինտեգրում

Առանձին արտադրված տարբեր բաղադրիչների ինտեգրումը բարձր մակարդակի հավաքույթներին կարող է բարելավել ֆունկցիոնալությունը և բարելավել գործառնական բնութագրերը, ուստի կիսահաղորդչային բաղադրիչներ արտադրողները կարող են համատեղել ֆունկցիոնալ բաղադրիչները տարբեր գործընթացների հոսքերի հետ մեկ հավաքույթի մեջ:

Հետերոգեն ինտեգրումը նման է «System-in-Package»-ին (SiP), սակայն մեկ սուբստրատի վրա մի քանի մերկ ձողիկներ միավորելու փոխարեն, այն միավորում է բազմաթիվ IP-ներ՝ Chiplets-ի տեսքով մեկ սուբստրատի վրա:Տարասեռ ինտեգրման հիմնական գաղափարը նույն փաթեթում մի քանի բաղադրիչների տարբեր գործառույթներով համատեղելն է:

Որոշ տեխնիկական շինանյութեր տարասեռ ինտեգրման մեջ

HBM

HBM-ը ստանդարտացված կույտային պահեստավորման տեխնոլոգիա է, որն ապահովում է մեծ թողունակության ալիքներ փաթեթի մեջ գտնվող տվյալների և հիշողության և տրամաբանական բաղադրիչների միջև:HBM փաթեթները կուտակում են հիշողությունը և միացնում դրանք TSV-ի միջոցով՝ ավելի շատ I/O և թողունակություն ստեղծելու համար:

HBM-ը JEDEC ստանդարտ է, որը ուղղահայաց կերպով ինտեգրում է DRAM բաղադրիչների մի քանի շերտեր փաթեթի մեջ՝ հավելվածի պրոցեսորների, GPU-ների և SoC-ների հետ միասին:HBM-ը հիմնականում ներդրված է որպես 2.5D փաթեթ՝ բարձրակարգ սերվերների և ցանցային չիպերի համար:HBM2 թողարկումն այժմ անդրադառնում է նախնական HBM թողարկման թողունակության և ժամացույցի արագության սահմանափակումներին:

HBM փաթեթներ

Միջանկյալ շերտ

Ինտերպոզերային շերտը այն խողովակն է, որի միջով էլեկտրական ազդանշանները փոխանցվում են փաթեթի մեջ գտնվող բազմաբնույթ չիպերից կամ տախտակից:Այն էլեկտրական միջերեսն է վարդակների կամ միակցիչների միջև, ինչը թույլ է տալիս ազդանշանները տարածել ավելի հեռու և նաև միացնել տախտակի այլ վարդակներին:

Ինտերպոզերային շերտը կարող է պատրաստվել սիլիցիումից և օրգանական նյութերից և հանդես է գալիս որպես կամուրջ բազմաշերտ ձողի և տախտակի միջև:Սիլիկոնային ինտերպոզերային շերտերը ապացուցված տեխնոլոգիա են՝ I/O խտությամբ և TSV ձևավորման հնարավորություններով և առանցքային դեր են խաղում 2.5D և 3D IC չիպերի փաթեթավորման մեջ:

Համակարգի բաժանված միջանկյալ շերտի տիպիկ իրականացում

Վերաբաշխման շերտ

Վերաբաշխման շերտը պարունակում է պղնձի միացումներ կամ հարթեցումներ, որոնք թույլ են տալիս էլեկտրական միացումներ փաթեթի տարբեր մասերի միջև:Դա մետաղական կամ պոլիմերային դիէլեկտրիկ նյութի շերտ է, որը կարող է փաթեթավորվել մերկ դիէլեկտրիկով փաթեթում՝ այդպիսով նվազեցնելով մեծ չիպսեթների I/O տարածությունը:Վերաբաշխման շերտերը դարձել են 2.5D և 3D փաթեթային լուծումների անբաժանելի մասը՝ թույլ տալով դրանց վրայի չիպերին հաղորդակցվել միմյանց հետ՝ օգտագործելով միջանկյալ շերտեր:

Ինտեգրված փաթեթներ՝ օգտագործելով վերաբաշխման շերտերը

TSV

TSV-ը 2.5D և 3D փաթեթավորման լուծումների իրականացման հիմնական տեխնոլոգիան է և իրենից ներկայացնում է պղնձով լցված վաֆլի, որն ապահովում է ուղղահայաց փոխկապակցում սիլիկոնային վաֆլի թաղանթի միջոցով:Այն անցնում է ամբողջ ձողի միջով, որպեսզի ապահովի էլեկտրական միացում՝ ձևավորելով ամենակարճ ճանապարհը ձողի մի կողմից մյուսը:

Վաֆլի առջևի կողմից որոշակի խորությամբ փորագրվում են անցքեր կամ միջանցքներ, որոնք այնուհետև մեկուսացվում և լցվում են հաղորդիչ նյութ (սովորաբար պղինձ) նստեցնելով:Հենց որ չիպը պատրաստվում է, այն նոսրացվում է վաֆլի հետևի մասից, որպեսզի բացահայտվեն վաֆլի ետևի մասում դրված մետաղը և TSV փոխկապակցումը ավարտվի: