Jak AI centra danych, systemy bezprzewodowe 6G, łączność satelitarna i radaru wysokiej rozdzielczości poruszać się w kierunku wyższych częstotliwości i przepustowości,Konwencjonalny krzemowy CMOS zbliża się do swoich limitów wydajności.
Fosfyd indyjowy, arsenek galiu i azotryn galiu mogą zapewniać wyższy zysk, moc wyjściową, częstotliwość pracy lub efektywność energetyczną niż krzem w funkcjach o krytycznej wydajności.wytwarzanie całego systemu o dużej powierzchni z materiałów półprzewodnikowych III-V jest drogie i trudne do skalowania.
Integracja chipletów III-V oferuje bardziej praktyczne podejście.Wyposażenie do wstawiennicy z krzemu 300 mmpołączenia międzysystemowe o wysokiej gęstości, komponenty pasywne, przewody silikonowe i połączenia z urządzeniami CMOS.
Architektura ta łączy w sobie wydajność elektryczną materiałów III-V ze skalą produkcji i gęstością przemieszczania się technologii krzemowej.zależy od znacznie więcej niż umieszczanie różnych matryc na tym samym podłożu.
Grubość szpiku, koplanarność podkładki łączącej, płaskość powierzchni, łuk wstawienniczy, dokładność ustawienia, rozszerzenie termiczne i usuwanie ciepła wpływają na wydajność i niezawodność gotowego opakowania.
Silikonowy CMOS oferuje dojrzałą produkcję 200 mm i 300 mm, wysoką gęstość tranzystorów i stosunkowo niskie koszty produkcji.przetwarzanie sygnału i wiele funkcji sygnału mieszanego.
W częstotliwościach fal milimetrowych i subterahertzowych krzemowy może nie zapewniać wymaganego połączenia wzrostu, mocy wyjściowej, dźwięku i wydajności dla każdej części systemu.
Materiały III-V wypełniają te luki w wydajności.
Zamiast próbować wytwarzać logikę, wzmacniacze RF, przełączniki, sterowniki optyczne i komponenty pasywne w jednym materiale, każdą funkcję można przypisać najbardziej odpowiedniej technologii.
Typowy system heterogeniczny może łączyć:
Takie funkcjonalne oddzielenie może zmniejszyć ilość kosztownych materiałów III-V, a jednocześnie umożliwić wytwarzanie każdego odłamka w optymalizowanym procesie.
Fosfyd indyjowy jest szczególnie atrakcyjny w układach działających powyżej 100 GHz. Tranzystory bipolarne heterołączenia InP i tranzystory o wysokiej mobilności elektronów mogą zapewniać wysoką prędkość nośnika,silny wzrost i niski poziom hałasu przy bardzo wysokich częstotliwościach.
Potencjalne funkcje chipletów InP obejmują:
Wyzwaniem jest to, że płytki InP są mniejsze, bardziej kruche i droższe niż płytki krzemowe.Konwersja gotowej płytki InP na małe funkcjonalne płytki umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie dostępnego materiału.
Arsenek galium ma ugruntowany ekosystem produkcji urządzeń mikrofalowych i RF. Technologie GaAs pHEMT i HBT są szeroko stosowane w przypadku, gdy wysokiej częstotliwości,wymagane jest niskie hałasy i niezawodne wzmacnianie mocy.
Dzieci GaAs mogą wspierać:
GaAs zazwyczaj zajmuje pozycję wydajności i kosztów między technologiami RF opartymi na krzemu a bardziej wyspecjalizowanymi urządzeniami InP lub GaN.
Azotany galliowe łączą w sobie wysokie pole rozkładu, wysoką gęstość mocy i silną wydajność wysokiej częstotliwości.Jest to szczególnie cenne dla wzmacniaczy mocy RF, które muszą dostarczać wysoką moc wyjściową w wymagających warunkach pracy.
Chiplets GaN mogą być stosowane w:
Części GaN wytwarzają skoncentrowane ciepło i wymagają starannego projektowania termicznego.metalizacja z tyłu i struktura przymocowania mocno wpływają na osiągalną moc wyjściową i niezawodność długoterminową.
Silikonowy interpozor jest substratem pośrednim umieszczonym pomiędzy aktywnymi chipletsami a substratem opakowania lub płytą drukowaną.
W przeciwieństwie do podstawowego nośnika mechanicznego, RF silikonowy interpozor może zawierać funkcjonalne struktury elektryczne, takie jak:
Wykorzystanie platformy krzemowej o średnicy 300 mm pozwala na wytwarzanie tych elementów za pomocą urządzeń i procesów pochodzących z zaawansowanych fabryk półprzewodnikowych.
Interpolator RF musi kontrolować straty i zachowania pasożytnicze na częstotliwościach, gdzie nawet krótkie połączenie może znacząco wpłynąć na wydajność systemu.właściwości dielektryczneNależy wziąć pod uwagę: szorstkość powierzchni, ścieżki powrotne oraz przejścia między warstwami.
Ostatnie rozwój 300 mm RF interposer wykazał działanie rozciągające się w kierunku 325 GHz i integracji InP chiplets z bardzo niską stratą wstawienia.Oznacza to, że silikonowe interpozytory mogą funkcjonować jako aktywne platformy integracyjne na poziomie systemu, a nie tylko pasywne nośniki chipów.
Wykorzystanie go do dużych induktorów, kondensatorów lub innych komponentów biernego może zwiększyć rozmiar chipu bez wykorzystania głównych zalet materiału.
Przeniesienie wybranych pasywnych funkcji do silikonowego wstawiciela może:
Kondensatory wbudowane o wysokiej gęstości są szczególnie ważne dla lokalnego dostarczania energii i odłączania. Recent research on 300 mm RF silicon interposers has reported capacitance-density improvements of approximately 10 to 100 times compared with conventional capacitors integrated directly in some III-V processes.
W związku z tym wstawiacz staje się częścią konstrukcji elektrycznej, a nie neutralnym podłożem.
Można rozważyć kilka sposobów wiązania do mocowania chiplets III-V do silikonowych interpozorów.
Łączenie termokompresyjne stosuje kontrolowane ciepło i ciśnienie do tworzenia połączeń elektrycznych i mechanicznych między podkładkami metalowymi lub mikropumpami.
Do możliwych dziedzin hutnictwa należą:
Metoda ta może zapewnić silne wiązania i precyzyjną rozciągłość, ale cały cykl temperatury i ciśnienia musi być kompatybilny z matrycą III-V i stosem wstawienniczym.
Związanie flip-chip z mikrokrągami lutowymi jest stosunkowo dojrzałe i może uwzględniać pewne zmiany wysokości powierzchni poprzez ponowny przepływ lutowania.
Należy jednak kontrolować wymiary łączy lutowych, tworzenie się międzymetalowe, pozostałości strumieniowe i zachowanie niedopełnienia.Geometria lutownicy-zderzenia przyczynia się również do wzajemnego połączenia indukcji i impedancji.
Bezpośrednie wiązanie miedzi lub złota może wspierać wyższy poziom połączeń i krótsze ścieżki elektryczne.
Cząsteczki, warstwy tlenku i lokalna topografia mogą uniemożliwić całkowity kontakt i tworzyć elektrycznie otwarte lub mechanicznie słabe połączenia.
Hybrydowe wiązanie jednocześnie łączy połączenia metalowe i otaczające powierzchnie dielektryczne..
Proces ten jest atrakcyjny dla integracji o wysokiej gęstości, chociaż różne materiały i właściwości mechaniczne chipletów III-V wymagają starannego opracowania procesu.
Łączenie z pomocą lasera dostarcza ciepło do interfejsu, zamiast podgrzewać całą płytkę i stos opakowań do tej samej temperatury.
Potencjalne zalety obejmują:
W 2026 roku imec poinformował o laserowej łączności chiplotów III-V na 300 mm RF silikonowym interpozorze z dokładnością wyrównania poniżej 600 nm i błędnym wyrównaniem rotacyjnym poniżej 0.05 stopni w 43 urządzeniachPomiary RF wykazały, że wydajność została zachowana po montażu.
Wyniki te pokazują potencjał lokalizowanego wiązania, chociaż kwalifikacja produkcji nadal wymaga szerokiej wiarygodności, przepustowości i oceny wydajności.
Związek drobnego tonia wymaga równomiernego kontaktu powierzchni łączących.niektóre połączenia mogą się prawidłowo wiązać, podczas gdy inne pozostają otwarte lub doświadczają niewystarczającego ciśnienia.
Krytyczne parametry geometryczne obejmują:
Globalny łuk płytki opisuje ogólne zakrzywienie 300 mm wstawiennicy.
Oboje mają znaczenie.
Płytka może spełniać globalną specyfikację łuku, ale nadal zawiera lokalną topografię, która zakłóca małą matrycę III-V.lokalnie płaskie miejsce wiązania może być nadal trudne do przetworzenia, jeśli kompletna płytka nie może być jednolicie trzymana na chucku wiązania.
Łuk i warp mogą być generowane przez kilka części procesu produkcyjnego interpozatora:
Gęstość metalu powinna być rozmieszczona tak równomiernie, jak to możliwe.
Wskaźnik przodu płytki powinien być mierzony w kilku etapach, w tym przed przetwarzaniem warstwą redystrybucyjną, po metalizacji, po rozrzedzeniu i po ostatnim cyklu termicznym.
Często chiplety III-V są rozcieńczane w celu zmniejszenia długości ścieżki elektrycznej, poprawy wydajności termicznej lub spełnienia wymagań dotyczących wysokości opakowania.
Jednakże cienkie matryce InP i GaAs mogą być kruche. Uszkodzenie szlifowania, szczelinowanie krawędzi i pozostałe naprężenie mogą zmniejszyć wytrzymałość matrycy podczas wybierania i umieszczania i wiązania.
Ważne parametry chipletów obejmują:
W zależności od materiału i zastosowania, proces ten może obejmować polerowanie, suchy etyk, mokry etyk lub obróbkę plazmową.
Gładka tylna strona może poprawić przyczepność metalu i kontakt termiczny, natomiast nadmierna szorstkość lub zanieczyszczenie może zwiększyć odporność termiczną.
System wiązania musi kompensować:
Znaky wyrównania powinny pozostać widoczne po wcześniejszych etapach przetwarzania i powinny być umieszczone w taki sposób, aby dokładnie odzwierciedlały lokalny obszar wiązania.
W przypadku urządzeń RF, niewłaściwe ustawienie powoduje więcej niż ryzyko otwarcia połączenia.zaburzenia indukcji lub impedancji.
Jest to szczególnie ważne w częstotliwościach fal milimetrowych i subterahertzowych.
Bezpośrednie łączenie metalu i hybrydowe wymaga bardzo gładkich powierzchni.
Do źródeł zanieczyszczenia należą:
Przygotowanie powierzchni może obejmować mokre czyszczenie, aktywację plazmową, usuwanie tlenków i kontrolowane suszenie.
Proces ten musi usunąć zanieczyszczenia bez uszkodzenia cienkich podkładek metalowych, warstw dielektrycznych lub odsłoniętych powierzchni III-V.
Inspekcja cząstek musi obejmować zarówno wstawiacz, jak i poszczególne cząstki.
Zestaw złączony zawiera materiały o różnych współczynnikach rozszerzania cieplnego.
Przybliżone wartości temperatury pokojowej obejmują:
| Materiał | Typowe CTE |
|---|---|
| Silikon | Około 2,6 ppm/K |
| Fosfyd indyjowy | Około 4,5 ppm/K |
| Arsenek galium | Około 5,7 ppm/K |
| Nitrid galliowy | Około 5 ‰ 6 ppm/K |
| Miedź | Około 16 ‰ 17 ppm/K |
Dokładne wartości zależą od temperatury, orientacji kryształu i stanu materiału.
Kiedy zespół się ogrzewa i chłodzi, materiały rozszerzają się o różne ilości.
Powtarzające się cykle termiczne mogą przyczyniać się do:
Mniejsze chiplety zazwyczaj doświadczają mniejszego całkowitego braku dopasowania rozszerzenia niż duże kości III-V, co jest jednym z powodów, dla których architektury chipletów mogą poprawić integrację mechaniczną.złącza o cienkiej głośności mogą nadal doświadczać dużego lokalnego obciążenia.
III-V chiplets nie wytwarzają równych obciążeń cieplnych.
Urządzenia InP i GaAs mogą być również wrażliwe na temperaturę połączenia, zwłaszcza tam, gdzie zwiększenie mocy, hałas i niezawodność muszą pozostać stabilne.
Główna ścieżka ciepła może przechodzić przez:
Każdy interfejs dodaje odporność termiczną.
Silikonowy interpozor może pomóc w dystrybucji ciepła, ale nie powinien być automatycznie traktowany jako idealny rozpraszacz ciepła.Pęcherzyki i niedopłaty mogą przerwać ścieżkę cieplną.
Opcje projektowania termicznego mogą obejmować:
Prawidłowe rozwiązanie zależy od gęstości mocy, dopuszczalnej temperatury połączenia oraz od tego, czy ciepło musi być rozprowadzane bocznie, czy odprowadzane bezpośrednio z tylnej strony szczypki.
Konstrukcja elektryczna i termiczna nie mogą być zoptymalizowane niezależnie.
Duża płaszczyzna gruntowa może poprawić zachowanie RF, zmieniając jednocześnie napięcie i rozprzestrzenianie się ciepła.Gęste konstrukcje metalowe mogą poprawić przewodzenie ciepła przy jednoczesnym wprowadzeniu pasożytniczego sprzężenia.
W przypadku umieszczenia chipletów należy uwzględnić:
Wysokiej mocy cząsteczki GaN nie powinny być umieszczane obok czułych termicznie odbiorników InP bez analizy sprzężenia termicznego.
Symulacja na poziomie systemu powinna łączyć modele elektromagnetyczne, termiczne i mechaniczne przed sfinalizowaniem układu interpozatora.
Podpełnienie rozprowadza naprężenie mechaniczne i chroni precyzyjne połączenia, ale jego właściwości dielektryczne i termiczne mogą wpływać na wydajność RF.
Ważne parametry niewypełnienia obejmują:
Przy wysokich częstotliwościach, niedostateczne wypełnienie wokół wypukłości sygnału zmienia lokalne środowisko elektromagnetyczne.
Przepływ wolny od próżni staje się trudniejszy w miarę zmniejszania się wysokości wypukłości i zwiększania się powierzchni cząsteczek.
Uproszczony proces integracji chipletów III-V może obejmować:
Dokładna sekwencja zależy od tego, czy w procesie stosuje się łączenie lutowe, termokompresję, łączenie bezpośrednie, łączenie hybrydowe lub łączenie wspomagane laserowo.
Zalecane metody kontroli obejmują:
Na przykład zdjęcia rentgenowskie mogą ujawnić geometrię wypukłości, podczas gdy mikroskopia akustyczna jest bardziej odpowiednia do wykrywania pewnych pustek i delaminacji.
Dane metrologiczne powinny być powiązane z wynikami elektrycznymi i RF w celu określenia, które defekty fizyczne faktycznie wpływają na wydajność urządzenia.
Przy zakupie interpolatorów krzemowych i chiplotów III-V nabywcy powinni określić następujące informacje.
III-V chiplets na RF silikonowych interpozorach mogą obsługiwać:
Ta sama platforma integracyjna może być dostosowana poprzez zmianę kombinacji i umieszczenia chiplets, zamiast przeprojektować każdą funkcję w jednym monolitycznym procesie.
Materiały III-V zapewniają doskonałą wydajność dla wybranych funkcji, ale są droższe i mniej skalowalne niż krzemowy dla dużych obwodów cyfrowych i pasywnych.Chiplets rezerwuje materiał III-V dla obszarów, w których tworzy największe korzyści.
Silikonowe interpozytory mogą obsługiwać precyzyjniejsze trasy, precyzyjniejszą geometrię, mniejsze połączenia i zintegrowane struktury bierne.
InP jest atrakcyjny dla funkcji ultra wysokiej częstotliwości i optoelektronicznych. GaAs zapewnia dojrzałą wydajność RF. GaN jest preferowany tam, gdzie wymagana jest wysoka gęstość mocy i wytrzymałość rozpadu.Wiele systemów może wykorzystywać więcej niż jeden materiał.
Związanie cienkiego pasma wymaga jednoczesnej kontroli czystości powierzchni, lokalnej płaskości, koplanarności uderzenia, wyrównania i naprężenia termicznego.
Jedną z zalet integracji matrycy z płytką jest to, że chiplets wykonane na mniejszych płytkach InP, GaAs lub GaN mogą być montowane na platformie krzemowej o średnicy 300 mm.
Cziplety wytwarzają różną gęstość ciepła, a ciepło musi przekraczać wiele interfejsów.
Integracja chipletów III-V na 300 mm układach krzemowych RF oferuje praktyczną drogę do łączenia wysokiej częstotliwości i wysokiej mocy InP,GaAs i GaN w skali produkcji krzemu CMOS.
Technologia może zmniejszyć ilość kosztownych materiałów III-V, przenieść pasywne komponenty na interpozor i stworzyć kompaktowe systemy dla centrów danych sztucznej inteligencji, komunikacji 6G,zastosowania radarowe i satelitarne.
Jednakże heterogeniczna integracja wprowadza wymagające wymagania mechaniczne i termiczne.
Interpolator TTV, łuk, lokalna płaskość, grubość cząsteczek, koplanarność podkładki i dokładność wyrównania określają, czy można niezawodnie tworzyć połączenia o cienkiej wysokości.Różnice w rozszerzaniu cieplnym powodują napięcie podczas wiązania i pracy, podczas gdy skoncentrowane punkty gorące III-V wymagają starannie zaprojektowanych ścieżek usuwania ciepła.
Z tego względu pomyślne opracowanie wymaga współprojektowania urządzeń elektrycznych, mechanicznych i termicznych.proces łączenia i cel niezawodności przed wyborem specyfikacji chiplet i interpozatora.
W miarę jak przemysł przemieszcza się z izolowanych demonstracji w kierunku wytwarzalnych systemów heterogenicznych, spójnej geometrii płytek, znanej jakości,Zaawansowane wiązanie i metrologia na poziomie płytki będą tak samo ważne jak właściwości samych materiałów III-V.
Jak AI centra danych, systemy bezprzewodowe 6G, łączność satelitarna i radaru wysokiej rozdzielczości poruszać się w kierunku wyższych częstotliwości i przepustowości,Konwencjonalny krzemowy CMOS zbliża się do swoich limitów wydajności.
Fosfyd indyjowy, arsenek galiu i azotryn galiu mogą zapewniać wyższy zysk, moc wyjściową, częstotliwość pracy lub efektywność energetyczną niż krzem w funkcjach o krytycznej wydajności.wytwarzanie całego systemu o dużej powierzchni z materiałów półprzewodnikowych III-V jest drogie i trudne do skalowania.
Integracja chipletów III-V oferuje bardziej praktyczne podejście.Wyposażenie do wstawiennicy z krzemu 300 mmpołączenia międzysystemowe o wysokiej gęstości, komponenty pasywne, przewody silikonowe i połączenia z urządzeniami CMOS.
Architektura ta łączy w sobie wydajność elektryczną materiałów III-V ze skalą produkcji i gęstością przemieszczania się technologii krzemowej.zależy od znacznie więcej niż umieszczanie różnych matryc na tym samym podłożu.
Grubość szpiku, koplanarność podkładki łączącej, płaskość powierzchni, łuk wstawienniczy, dokładność ustawienia, rozszerzenie termiczne i usuwanie ciepła wpływają na wydajność i niezawodność gotowego opakowania.
Silikonowy CMOS oferuje dojrzałą produkcję 200 mm i 300 mm, wysoką gęstość tranzystorów i stosunkowo niskie koszty produkcji.przetwarzanie sygnału i wiele funkcji sygnału mieszanego.
W częstotliwościach fal milimetrowych i subterahertzowych krzemowy może nie zapewniać wymaganego połączenia wzrostu, mocy wyjściowej, dźwięku i wydajności dla każdej części systemu.
Materiały III-V wypełniają te luki w wydajności.
Zamiast próbować wytwarzać logikę, wzmacniacze RF, przełączniki, sterowniki optyczne i komponenty pasywne w jednym materiale, każdą funkcję można przypisać najbardziej odpowiedniej technologii.
Typowy system heterogeniczny może łączyć:
Takie funkcjonalne oddzielenie może zmniejszyć ilość kosztownych materiałów III-V, a jednocześnie umożliwić wytwarzanie każdego odłamka w optymalizowanym procesie.
Fosfyd indyjowy jest szczególnie atrakcyjny w układach działających powyżej 100 GHz. Tranzystory bipolarne heterołączenia InP i tranzystory o wysokiej mobilności elektronów mogą zapewniać wysoką prędkość nośnika,silny wzrost i niski poziom hałasu przy bardzo wysokich częstotliwościach.
Potencjalne funkcje chipletów InP obejmują:
Wyzwaniem jest to, że płytki InP są mniejsze, bardziej kruche i droższe niż płytki krzemowe.Konwersja gotowej płytki InP na małe funkcjonalne płytki umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie dostępnego materiału.
Arsenek galium ma ugruntowany ekosystem produkcji urządzeń mikrofalowych i RF. Technologie GaAs pHEMT i HBT są szeroko stosowane w przypadku, gdy wysokiej częstotliwości,wymagane jest niskie hałasy i niezawodne wzmacnianie mocy.
Dzieci GaAs mogą wspierać:
GaAs zazwyczaj zajmuje pozycję wydajności i kosztów między technologiami RF opartymi na krzemu a bardziej wyspecjalizowanymi urządzeniami InP lub GaN.
Azotany galliowe łączą w sobie wysokie pole rozkładu, wysoką gęstość mocy i silną wydajność wysokiej częstotliwości.Jest to szczególnie cenne dla wzmacniaczy mocy RF, które muszą dostarczać wysoką moc wyjściową w wymagających warunkach pracy.
Chiplets GaN mogą być stosowane w:
Części GaN wytwarzają skoncentrowane ciepło i wymagają starannego projektowania termicznego.metalizacja z tyłu i struktura przymocowania mocno wpływają na osiągalną moc wyjściową i niezawodność długoterminową.
Silikonowy interpozor jest substratem pośrednim umieszczonym pomiędzy aktywnymi chipletsami a substratem opakowania lub płytą drukowaną.
W przeciwieństwie do podstawowego nośnika mechanicznego, RF silikonowy interpozor może zawierać funkcjonalne struktury elektryczne, takie jak:
Wykorzystanie platformy krzemowej o średnicy 300 mm pozwala na wytwarzanie tych elementów za pomocą urządzeń i procesów pochodzących z zaawansowanych fabryk półprzewodnikowych.
Interpolator RF musi kontrolować straty i zachowania pasożytnicze na częstotliwościach, gdzie nawet krótkie połączenie może znacząco wpłynąć na wydajność systemu.właściwości dielektryczneNależy wziąć pod uwagę: szorstkość powierzchni, ścieżki powrotne oraz przejścia między warstwami.
Ostatnie rozwój 300 mm RF interposer wykazał działanie rozciągające się w kierunku 325 GHz i integracji InP chiplets z bardzo niską stratą wstawienia.Oznacza to, że silikonowe interpozytory mogą funkcjonować jako aktywne platformy integracyjne na poziomie systemu, a nie tylko pasywne nośniki chipów.
Wykorzystanie go do dużych induktorów, kondensatorów lub innych komponentów biernego może zwiększyć rozmiar chipu bez wykorzystania głównych zalet materiału.
Przeniesienie wybranych pasywnych funkcji do silikonowego wstawiciela może:
Kondensatory wbudowane o wysokiej gęstości są szczególnie ważne dla lokalnego dostarczania energii i odłączania. Recent research on 300 mm RF silicon interposers has reported capacitance-density improvements of approximately 10 to 100 times compared with conventional capacitors integrated directly in some III-V processes.
W związku z tym wstawiacz staje się częścią konstrukcji elektrycznej, a nie neutralnym podłożem.
Można rozważyć kilka sposobów wiązania do mocowania chiplets III-V do silikonowych interpozorów.
Łączenie termokompresyjne stosuje kontrolowane ciepło i ciśnienie do tworzenia połączeń elektrycznych i mechanicznych między podkładkami metalowymi lub mikropumpami.
Do możliwych dziedzin hutnictwa należą:
Metoda ta może zapewnić silne wiązania i precyzyjną rozciągłość, ale cały cykl temperatury i ciśnienia musi być kompatybilny z matrycą III-V i stosem wstawienniczym.
Związanie flip-chip z mikrokrągami lutowymi jest stosunkowo dojrzałe i może uwzględniać pewne zmiany wysokości powierzchni poprzez ponowny przepływ lutowania.
Należy jednak kontrolować wymiary łączy lutowych, tworzenie się międzymetalowe, pozostałości strumieniowe i zachowanie niedopełnienia.Geometria lutownicy-zderzenia przyczynia się również do wzajemnego połączenia indukcji i impedancji.
Bezpośrednie wiązanie miedzi lub złota może wspierać wyższy poziom połączeń i krótsze ścieżki elektryczne.
Cząsteczki, warstwy tlenku i lokalna topografia mogą uniemożliwić całkowity kontakt i tworzyć elektrycznie otwarte lub mechanicznie słabe połączenia.
Hybrydowe wiązanie jednocześnie łączy połączenia metalowe i otaczające powierzchnie dielektryczne..
Proces ten jest atrakcyjny dla integracji o wysokiej gęstości, chociaż różne materiały i właściwości mechaniczne chipletów III-V wymagają starannego opracowania procesu.
Łączenie z pomocą lasera dostarcza ciepło do interfejsu, zamiast podgrzewać całą płytkę i stos opakowań do tej samej temperatury.
Potencjalne zalety obejmują:
W 2026 roku imec poinformował o laserowej łączności chiplotów III-V na 300 mm RF silikonowym interpozorze z dokładnością wyrównania poniżej 600 nm i błędnym wyrównaniem rotacyjnym poniżej 0.05 stopni w 43 urządzeniachPomiary RF wykazały, że wydajność została zachowana po montażu.
Wyniki te pokazują potencjał lokalizowanego wiązania, chociaż kwalifikacja produkcji nadal wymaga szerokiej wiarygodności, przepustowości i oceny wydajności.
Związek drobnego tonia wymaga równomiernego kontaktu powierzchni łączących.niektóre połączenia mogą się prawidłowo wiązać, podczas gdy inne pozostają otwarte lub doświadczają niewystarczającego ciśnienia.
Krytyczne parametry geometryczne obejmują:
Globalny łuk płytki opisuje ogólne zakrzywienie 300 mm wstawiennicy.
Oboje mają znaczenie.
Płytka może spełniać globalną specyfikację łuku, ale nadal zawiera lokalną topografię, która zakłóca małą matrycę III-V.lokalnie płaskie miejsce wiązania może być nadal trudne do przetworzenia, jeśli kompletna płytka nie może być jednolicie trzymana na chucku wiązania.
Łuk i warp mogą być generowane przez kilka części procesu produkcyjnego interpozatora:
Gęstość metalu powinna być rozmieszczona tak równomiernie, jak to możliwe.
Wskaźnik przodu płytki powinien być mierzony w kilku etapach, w tym przed przetwarzaniem warstwą redystrybucyjną, po metalizacji, po rozrzedzeniu i po ostatnim cyklu termicznym.
Często chiplety III-V są rozcieńczane w celu zmniejszenia długości ścieżki elektrycznej, poprawy wydajności termicznej lub spełnienia wymagań dotyczących wysokości opakowania.
Jednakże cienkie matryce InP i GaAs mogą być kruche. Uszkodzenie szlifowania, szczelinowanie krawędzi i pozostałe naprężenie mogą zmniejszyć wytrzymałość matrycy podczas wybierania i umieszczania i wiązania.
Ważne parametry chipletów obejmują:
W zależności od materiału i zastosowania, proces ten może obejmować polerowanie, suchy etyk, mokry etyk lub obróbkę plazmową.
Gładka tylna strona może poprawić przyczepność metalu i kontakt termiczny, natomiast nadmierna szorstkość lub zanieczyszczenie może zwiększyć odporność termiczną.
System wiązania musi kompensować:
Znaky wyrównania powinny pozostać widoczne po wcześniejszych etapach przetwarzania i powinny być umieszczone w taki sposób, aby dokładnie odzwierciedlały lokalny obszar wiązania.
W przypadku urządzeń RF, niewłaściwe ustawienie powoduje więcej niż ryzyko otwarcia połączenia.zaburzenia indukcji lub impedancji.
Jest to szczególnie ważne w częstotliwościach fal milimetrowych i subterahertzowych.
Bezpośrednie łączenie metalu i hybrydowe wymaga bardzo gładkich powierzchni.
Do źródeł zanieczyszczenia należą:
Przygotowanie powierzchni może obejmować mokre czyszczenie, aktywację plazmową, usuwanie tlenków i kontrolowane suszenie.
Proces ten musi usunąć zanieczyszczenia bez uszkodzenia cienkich podkładek metalowych, warstw dielektrycznych lub odsłoniętych powierzchni III-V.
Inspekcja cząstek musi obejmować zarówno wstawiacz, jak i poszczególne cząstki.
Zestaw złączony zawiera materiały o różnych współczynnikach rozszerzania cieplnego.
Przybliżone wartości temperatury pokojowej obejmują:
| Materiał | Typowe CTE |
|---|---|
| Silikon | Około 2,6 ppm/K |
| Fosfyd indyjowy | Około 4,5 ppm/K |
| Arsenek galium | Około 5,7 ppm/K |
| Nitrid galliowy | Około 5 ‰ 6 ppm/K |
| Miedź | Około 16 ‰ 17 ppm/K |
Dokładne wartości zależą od temperatury, orientacji kryształu i stanu materiału.
Kiedy zespół się ogrzewa i chłodzi, materiały rozszerzają się o różne ilości.
Powtarzające się cykle termiczne mogą przyczyniać się do:
Mniejsze chiplety zazwyczaj doświadczają mniejszego całkowitego braku dopasowania rozszerzenia niż duże kości III-V, co jest jednym z powodów, dla których architektury chipletów mogą poprawić integrację mechaniczną.złącza o cienkiej głośności mogą nadal doświadczać dużego lokalnego obciążenia.
III-V chiplets nie wytwarzają równych obciążeń cieplnych.
Urządzenia InP i GaAs mogą być również wrażliwe na temperaturę połączenia, zwłaszcza tam, gdzie zwiększenie mocy, hałas i niezawodność muszą pozostać stabilne.
Główna ścieżka ciepła może przechodzić przez:
Każdy interfejs dodaje odporność termiczną.
Silikonowy interpozor może pomóc w dystrybucji ciepła, ale nie powinien być automatycznie traktowany jako idealny rozpraszacz ciepła.Pęcherzyki i niedopłaty mogą przerwać ścieżkę cieplną.
Opcje projektowania termicznego mogą obejmować:
Prawidłowe rozwiązanie zależy od gęstości mocy, dopuszczalnej temperatury połączenia oraz od tego, czy ciepło musi być rozprowadzane bocznie, czy odprowadzane bezpośrednio z tylnej strony szczypki.
Konstrukcja elektryczna i termiczna nie mogą być zoptymalizowane niezależnie.
Duża płaszczyzna gruntowa może poprawić zachowanie RF, zmieniając jednocześnie napięcie i rozprzestrzenianie się ciepła.Gęste konstrukcje metalowe mogą poprawić przewodzenie ciepła przy jednoczesnym wprowadzeniu pasożytniczego sprzężenia.
W przypadku umieszczenia chipletów należy uwzględnić:
Wysokiej mocy cząsteczki GaN nie powinny być umieszczane obok czułych termicznie odbiorników InP bez analizy sprzężenia termicznego.
Symulacja na poziomie systemu powinna łączyć modele elektromagnetyczne, termiczne i mechaniczne przed sfinalizowaniem układu interpozatora.
Podpełnienie rozprowadza naprężenie mechaniczne i chroni precyzyjne połączenia, ale jego właściwości dielektryczne i termiczne mogą wpływać na wydajność RF.
Ważne parametry niewypełnienia obejmują:
Przy wysokich częstotliwościach, niedostateczne wypełnienie wokół wypukłości sygnału zmienia lokalne środowisko elektromagnetyczne.
Przepływ wolny od próżni staje się trudniejszy w miarę zmniejszania się wysokości wypukłości i zwiększania się powierzchni cząsteczek.
Uproszczony proces integracji chipletów III-V może obejmować:
Dokładna sekwencja zależy od tego, czy w procesie stosuje się łączenie lutowe, termokompresję, łączenie bezpośrednie, łączenie hybrydowe lub łączenie wspomagane laserowo.
Zalecane metody kontroli obejmują:
Na przykład zdjęcia rentgenowskie mogą ujawnić geometrię wypukłości, podczas gdy mikroskopia akustyczna jest bardziej odpowiednia do wykrywania pewnych pustek i delaminacji.
Dane metrologiczne powinny być powiązane z wynikami elektrycznymi i RF w celu określenia, które defekty fizyczne faktycznie wpływają na wydajność urządzenia.
Przy zakupie interpolatorów krzemowych i chiplotów III-V nabywcy powinni określić następujące informacje.
III-V chiplets na RF silikonowych interpozorach mogą obsługiwać:
Ta sama platforma integracyjna może być dostosowana poprzez zmianę kombinacji i umieszczenia chiplets, zamiast przeprojektować każdą funkcję w jednym monolitycznym procesie.
Materiały III-V zapewniają doskonałą wydajność dla wybranych funkcji, ale są droższe i mniej skalowalne niż krzemowy dla dużych obwodów cyfrowych i pasywnych.Chiplets rezerwuje materiał III-V dla obszarów, w których tworzy największe korzyści.
Silikonowe interpozytory mogą obsługiwać precyzyjniejsze trasy, precyzyjniejszą geometrię, mniejsze połączenia i zintegrowane struktury bierne.
InP jest atrakcyjny dla funkcji ultra wysokiej częstotliwości i optoelektronicznych. GaAs zapewnia dojrzałą wydajność RF. GaN jest preferowany tam, gdzie wymagana jest wysoka gęstość mocy i wytrzymałość rozpadu.Wiele systemów może wykorzystywać więcej niż jeden materiał.
Związanie cienkiego pasma wymaga jednoczesnej kontroli czystości powierzchni, lokalnej płaskości, koplanarności uderzenia, wyrównania i naprężenia termicznego.
Jedną z zalet integracji matrycy z płytką jest to, że chiplets wykonane na mniejszych płytkach InP, GaAs lub GaN mogą być montowane na platformie krzemowej o średnicy 300 mm.
Cziplety wytwarzają różną gęstość ciepła, a ciepło musi przekraczać wiele interfejsów.
Integracja chipletów III-V na 300 mm układach krzemowych RF oferuje praktyczną drogę do łączenia wysokiej częstotliwości i wysokiej mocy InP,GaAs i GaN w skali produkcji krzemu CMOS.
Technologia może zmniejszyć ilość kosztownych materiałów III-V, przenieść pasywne komponenty na interpozor i stworzyć kompaktowe systemy dla centrów danych sztucznej inteligencji, komunikacji 6G,zastosowania radarowe i satelitarne.
Jednakże heterogeniczna integracja wprowadza wymagające wymagania mechaniczne i termiczne.
Interpolator TTV, łuk, lokalna płaskość, grubość cząsteczek, koplanarność podkładki i dokładność wyrównania określają, czy można niezawodnie tworzyć połączenia o cienkiej wysokości.Różnice w rozszerzaniu cieplnym powodują napięcie podczas wiązania i pracy, podczas gdy skoncentrowane punkty gorące III-V wymagają starannie zaprojektowanych ścieżek usuwania ciepła.
Z tego względu pomyślne opracowanie wymaga współprojektowania urządzeń elektrycznych, mechanicznych i termicznych.proces łączenia i cel niezawodności przed wyborem specyfikacji chiplet i interpozatora.
W miarę jak przemysł przemieszcza się z izolowanych demonstracji w kierunku wytwarzalnych systemów heterogenicznych, spójnej geometrii płytek, znanej jakości,Zaawansowane wiązanie i metrologia na poziomie płytki będą tak samo ważne jak właściwości samych materiałów III-V.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski