پیوند هیبریدی، تبدیل به یک سلبریتی چیپ شوید

0040-02544 بالاتنه، Dps Meta

0020-33806 Upper Chamber Dps + Poly

 

هیبریدBدر حال وقوع،Bتبدیل شدن به یک "تراشه" سلبریتی

همانطور که قانون مور به تدریج وارد نیمه دوم مسیر توسعه خود می شود، صنعت تراشه به طور فزاینده ای به فناوری بسته بندی پیشرفته برای ایجاد جهش در عملکرد متکی است. همانطور که فناوری بسته بندی از مسطح به ابعاد 2.5 بعدی و 3 بعدی می رود، فناوری اتصال به کلید کلید تبدیل می شود. در مواجهه با افزایش پیچیدگی و الزامات عملکرد بسته‌بندی سه بعدی، فناوری‌های اتصال سنتی مانند اتصال سیم، اتصال تراشه‌های فلیپ و پیوند از طریق سیلیکون از طریق (TSV) به طور فزاینده‌ای محدودیت‌های خود را آشکار می‌کنند. در برابر این پس‌زمینه، فناوری پیوند هیبریدی به دلیل پتانسیل اتصال متقابل انقلابی‌اش به محبوبیت جدید صنعت تبدیل می‌شود.

چهار فناوری متصل اصلی وجود دارد

(منبع: SK hynix)

پیوند هیبریدی یا پیوند هیبریدی به دو صورت عمده قابل استفاده است. اولین مورد ویفر به ویفر است که در CIS و NAND استفاده می شود، جایی که پیوند هیبریدی کارایی خود را ثابت کرده است. پیوند هیبریدی مس اولین بار در سال 2016 ظاهر شد، زمانی که سونی از این فناوری برای سنسورهای تصویر CMOS استفاده کرد. دیگری پیوند هیبریدی دای به ویفر است که دشوارتر از پیوند ویفر به ویفر است، اما این تغییر فرآیند برای حافظه منطقی و پهنای باند بالا (HBM).v منطقی است.

مراحل پیوند هیبریدی ویفر به ویفر (W2W) (منبع: Applied Materials)

مراحل پیوند هیبریدی دای به ویفر (D2W) (منبع: Applied Materials)

فناوری پیوند هیبریدی دارای ویژگی‌های زیر است: 1) به لایه‌های تراشه‌های مختلف مانند لایه‌های حافظه و لایه‌های منطقی اجازه می‌دهد که مستقیماً بدون عبور از طریق سیلیکون (TSV) به یکدیگر متصل شوند، سرعت انتقال سیگنال را به میزان قابل توجهی افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. 2) طول سیم را از طریق پیوند مستقیم مس به مس بین تراشه و ویفر به حداقل می رساند. 3) در مقایسه با فناوری سنتی TSV، پیوند هیبریدی نیاز به اتصالات فیزیکی بین لایه‌ها را کاهش می‌دهد و در نتیجه طراحی تراشه‌های فشرده‌تر و تسهیل عملکرد و چگالی بالاتر را فراهم می‌کند. گزارش شده است که هنگامی که پیوند هیبریدی اعمال می شود، 10،{7}} تا 100،000 سوراخ را می توان در مساحت 1 میلی متر مربع متصل کرد. 4) پیوند هیبریدی همچنین تنش مکانیکی داخل تراشه را کاهش می دهد، قابلیت اطمینان کلی محصول را بهبود می بخشد، در حالی که از سرعت انتقال داده بالاتر و مصرف انرژی کمتر پشتیبانی می کند.

پیوند هیبریدی به یک فناوری کلیدی برای ساخت تراشه و بسته بندی سه بعدی آینده تبدیل شده است و یکی از فناوری های کلیدی برای دستیابی به طراحی تراشه با کارایی بالا، چگالی بالا و کم مصرف است. در این زمینه، کارخانه‌های تولید ویفر، کارخانه‌های ذخیره‌سازی و کارخانه‌های تجهیزات، همگی به پیوند هیبریدی توجه دارند.

پیشگامان پیوند هیبریدی

فناوری پیوند هیبریدی در صنعت تولید ویفر با غول‌های صنعتی مانند TSMC، سامسونگ و اینتل برای پیشبرد توسعه فناوری‌های فرآیندی 5 نانومتری و پیشرفته‌تر به رقابت می‌پردازند. در این فرآیند، فناوری پیوند هیبریدی بسیار حیاتی است و به عنوان تنها راه برای تولید سطح بالا دیده می شود.

TSMC: تنها شرکتی که پیوند هیبریدی را تجاری می کند

در زمینه باندینگ هیبریدی، TSMC، شرکت شماره 1 ریخته گری جهان، بیشترین حرف را می زند. TSMC تنها شرکت تولید تراشه تا به امروز است که پیوند هیبریدی را تجاری کرده است. پکیج سه بعدی TSMC-SoIC فناوری پیوند ترکیبی مورد استفاده است و سرویسی به نام 3DFabric برای AMD V-Cache اعمال شده است. با توجه به اطلاعات عمومی TSMC، با راه‌حل‌های پیوند نوآورانه، فناوری SoIC مقیاس‌پذیری گام پیوند قوی را برای I/O تراشه فراهم می‌کند و اتصالات تراشه به تراشه با چگالی بالا را امکان‌پذیر می‌سازد. گام پیوند با قانون کمتر از 10 میکرومتر شروع می شود. اتصالات کوتاه تراشه به تراشه نسبت به پیشرفته ترین راه حل های بسته بندی صنعت امروزی دارای ضریب شکل کوچکتر، پهنای باند بالاتر، یکپارچگی توان (PI) بهتر، یکپارچگی سیگنال (SI) و مصرف انرژی کمتری هستند.

SoC-Exceptional-Scalability نمایش داده شده توسط TSMC

(منبع: TSMC)

فناوری SoIC TSMC تراشه‌های همگن و ناهمگن را در یک تراشه منفرد شبیه به SoC با ردپای کوچک‌تر و فاکتور شکل نازک‌تر ادغام می‌کند که می‌تواند به طور کلی در WLSI پیشرفته (معروف به خدمات CoWoS و InFO) ادغام شود. از نظر بصری، تراشه جدید یکپارچه شده شبیه یک تراشه SoC همه منظوره به نظر می رسد، اما توابع یکپارچه سازی ناهمگن مورد نیاز را تعبیه می کند.

مقایسه چشم انداز SoIC与SoC (منبع:TSMC)

سامسونگ: به طور فعال پیوند هیبریدی را معرفی می کند

Samsung Electronics شروع به معرفی اتصالات هیبریدی به طور جدی کرده است، با "یک پایه" سامسونگ برای افزایش قابلیت های ریخته گری خود و پای دیگر برای تامین انرژی HBM.

طبق اخبار صنعت در تاریخ 1 فوریه، Besi Semiconductor و Applied Materials در حال نصب تجهیزات مرتبط با پیوند هیبریدی در پردیس Cheonan سامسونگ الکترونیکس هستند. پردیس Cheonan پایگاه تولید بسته بندی پیشرفته سامسونگ الکترونیکس است. انتظار می رود این دستگاه در راه حل های بسته بندی نسل بعدی مانند X-Cube و SAINT استفاده شود. به گفته دست اندرکاران صنعت: "تا آنجا که من می دانم، این دستگاه برای بسته بندی های غیرحافظه ای استفاده می شود."

مشخص است که آخرین سرمایه‌گذاری سامسونگ الکترونیکس عمدتاً برای تقویت قابلیت‌های بسته‌بندی پیشرفته آن است. سامسونگ الکترونیکس در حال آماده شدن برای عرضه X-Cube با پیوند هیبریدی است. صنعت پیش‌بینی می‌کند که پیوند هیبریدی می‌تواند برای پلتفرم Saint نیز اعمال شود، که سامسونگ الکترونیکس قصد دارد از امسال راه‌اندازی کند. این شرکت قصد دارد خدمات بسته‌بندی سه بعدی مانند Saint-S (انباشته کردن SRAM روی تراشه‌های منطقی)، Saint-L (انباشته کردن تراشه‌های منطقی روی تراشه‌های منطقی) و Saint-D (انباشته کردن تراشه‌های DRAM روی تراشه‌های منطقی) را ارائه دهد.

پیش‌بینی‌های صنعت حاکی از آن است که سرمایه‌گذاری سامسونگ الکترونیکس در تأسیسات پیوند هیبریدی می‌تواند قلب مشتریان بزرگی مانند Nvidia و AMD را به دست آورد. این به دلیل افزایش تقاضا برای پیوند هیبریدی در بسته‌های CoWoS مورد استفاده در تراشه‌های هوش مصنوعی این مشتریان بدون داستان است. از سوی دیگر، بر اساس پست سرمقاله ای که در وبلاگ سامسونگ توسط SangJoon Hwang، معاون اجرایی و رئیس تیم محصول و فناوری DRAM در Samsung Electronics منتشر شده است، HBM4 سامسونگ در سال 2025 راه اندازی خواهد شد. حافظه HBM4 دارای فناوری هایی است که برای عملکرد حرارتی بالا بهینه شده اند، مانند مونتاژ فیلم غیر رسانا (NCF) و پیوند مس هیبریدی (HCB).

اینتل: پیوند هیبریدی در افق است

در کنفرانس IEDM 2022، هفتاد و پنجمین سالگرد ترانزیستورها، اینتل جاه طلبی خود را برای افزایش تراکم فناوری بسته بندی تا 10 برابر با استفاده از فناوری پیوند هیبریدی نشان داد. اینتل قصد دارد این فناوری را در فناوری بسته بندی سه بعدی خود، Foveros Direct که سال گذشته تجاری شد، اعمال کند. در ECTC امسال، اینتل مقاله ای در مورد فناوری پیوند هیبریدی منتشر کرد. فناوری سمت چپ نمودار Foveros نام دارد که برجستگی هایی با فاصله 50 میکرون و حدود 400 برآمدگی در هر میلی متر مربع دارد. در آینده، اینتل در نظر دارد تا گام برآمدگی را به حدود 10 میکرون کاهش دهد و به 10،{8}} برآمدگی در میلی‌متر مربع دست یابد.

نمودار زیر تکنیک‌های باندینگ سنتی را با تکنیک‌های پیوند هیبریدی مقایسه می‌کند. فن آوری پیوند هیبریدی گام های اتصال را به کمتر از 10 میکرون در مقایسه با کم پر می کند و در نتیجه ظرفیت حمل جریان بالاتر، چگالی اتصال مسی متراکم تر و عملکرد حرارتی بهتر را به همراه دارد. با این حال، فناوری پیوند هیبریدی به روش‌های جدید تولید، جابجایی، تمیز کردن و آزمایش نیاز دارد.

بر اساس گزارش‌ها، انتظار می‌رود اینتل در سال 2024 اولین شرکتی باشد که از فناوری پیوند هیبریدی بین تراشه‌های منطقی و اتصالات داخلی خود استفاده می‌کند. انتظار می‌رود که Foveros Direct از رویکرد پیوند پیوندی هیبریدی به ویفر با گامی بین 9 تا 10 استفاده کند. میکرون در مقایسه، محصولات Meteor Lake اینتل گامی برابر با 36 میکرون با استفاده از فناوری پیوند فشرده سازی داغ (TCB) دارند، در حالی که محصولات Lakefield دارای گامی برابر با 55 میکرون با استفاده از فناوری اتصال برآمدگی از طریق vias سیلیکونی (TSV) هستند.

SK hynix: HBM اولین شرکتی است که پیوند هیبریدی را معرفی کرد

سازنده ذخیره سازی SK hynix نیز به پیوند هیبریدی توجه دارد. سال گذشته، SK hynix با پیشروی در تراشه های حافظه با پهنای باند بالا (HBM) به سود زیادی از این دور از رونق هوش مصنوعی تبدیل شد. اما چیزی که ممکن است ندانید این است که SK hynix برای فناوری بسته بندی نیز شناخته شده است. به عنوان مثال، فناوری بسته‌بندی CoC (تراشه روی تراشه) SK hynix می‌تواند دو (یا چند) تراشه را بدون نیاز به TSV (از طریق سیلیکون) به صورت الکتریکی به یکدیگر متصل کند. K hynix همچنین فناوری های بسته بندی پیشرفته ای مانند یکپارچه سازی ناهمگن و فن آوری RDL را توسعه داده است. سال گذشته، SK hynix جایگاه خود را به‌عنوان پیشرو در صنعت HBM با پیشگامی در معرفی فرآیند قالب‌گیری مجدد در مقیاس بزرگ (MR-MUF) در تولید نسل پنجم HBM حفظ کرد.

فناوری MR-MUF SK hynix کیفیت اتصالات HBM را با بیش از 100،{2}} میکروبامپ بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، فناوری بسته‌بندی تعداد برجستگی‌های مجازی حرارتی را به حداکثر می‌رساند و اتلاف گرمای بهتری را در مقایسه با رقبا به دلیل استفاده از مواد MUF قالب‌گیری شده با رسانایی بسیار بالا فراهم می‌کند. این پیشرفت به SK hynix کمک کرد تا سهم خود را از بازار HBM افزایش دهد و در نهایت جایگاهی پیشرو در بخش HBM3 به دست آورد.

امروزه SK hynix به طور فعال فرآیند جدید "پیوند هیبریدی" را در تراشه های HBM ترویج می کند تا موقعیت پیشرو خود را در بازار جهانی حفظ کند. پس چرا HBM از فناوری پیوند هیبریدی استفاده می کند؟ ابتدا بیایید با تراشه های HBM آشنا شویم که اصطلاحاً HBM نامیده می شود که در واقع حافظه ای است که با روی هم قرار دادن تعداد لایه های DRAM سرعت پردازش داده ها را افزایش می دهد. عمدتاً با استفاده از پرکننده TSV+ به لایه DRAM متصل می شود. طبق گفته SK hynix، تراشه های HBM در حال حاضر دارای ضخامت استاندارد 720 میکرومتر (μm) هستند. کانگ جی هو، رئیس پیوند ویفر در SK hynix در کنفرانسی گفت: زمانی که تعداد لایه های HBM به 12 یا بیشتر می رسد، ممکن است مشکلی در ارتفاع وجود داشته باشد که باید با استفاده از فناوری پیوند هیبریدی حل شود. . SK hynix انتظار دارد که نسل ششم HBM (HBM4) که در حدود سال 2026 به تولید انبوه خواهد رسید، به 16 لایه نیاز دارد که چالش بزرگی برای فناوری بسته بندی موجود است.

فناوری پیوند هیبریدی آینده بخش HBM است. به بیان ساده، اگر HBM را به عنوان یک ساختمان چند طبقه در نظر می گیرید که وظیفه هر یک از آنها ذخیره سازی داده ها است، زمانی که طبقات بیش از حد بزرگ وجود دارد، اتصال سنتی از طریق سیلیکون vias (TSV) + پرکننده ها به تنهایی امکان پذیر نیست. برای حفظ ثبات و قابلیت اطمینان آن کافی است. فناوری پیوند هیبریدی مانند استفاده از یک "چسب" ویژه بین هر لایه است، به طوری که برای نگه داشتن لایه ها به تکیه گاه های اضافی نیاز نیست و ضخامت تراشه می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

به طور خلاصه، با فناوری پیوند هیبریدی، آنها توانستند تراشه‌های حافظه سطح بالایی بسازند که هم کارآمد و هم کوچک بودند. پیوند هیبریدی به عنوان "فناوری بسته بندی رویایی" نیز شناخته می شود. SK hynix با اعلام استفاده از پیوند هیبریدی برای محصولات HBM4 در سال جاری، که عملکرد و مصرف انرژی محصولات HBM4 را متحول خواهد کرد، به رهبری توسعه فناوری HBM ادامه خواهد داد.

در حال حاضر SK hynix پیشرفت هایی داشته است. در کنفرانس جهانی نیمه هادی IEDM 2023 که در دسامبر سال گذشته در ایالات متحده برگزار شد، SK hynix نشان داد که قابلیت اطمینان فرآیند پیوند هیبریدی مورد استفاده در تولید HBM را تضمین کرده است. این شرکت گزارش داد که محصول نسل سوم HBM (HBM2E) از 8-DRAM انباشته لایه استفاده می‌کند و پس از اتخاذ یک فرآیند پیوند هیبریدی، تمامی تست‌های قابلیت اطمینان را با موفقیت پشت سر گذاشته است. در این آزمایش، SK hynix عمر سرویس HBM را در یک محیط با دمای بالا ارزیابی کرد و مشکلات بالقوه ای را که ممکن است در طول فرآیند لحیم کاری تراشه مشتری ایجاد شود، بررسی کرد که چهار جنبه اصلی را پوشش می دهد. اگرچه این آزمایش بر روی نسل سوم محصول انجام شد که بسیار پایین‌تر از مشخصات HBM4 است، اما پتانسیل پیوند هیبریدی را نیز نشان می‌دهد.

نتایج تست قابلیت اطمینان HBM2E با استفاده از پیوند هیبریدی SK hynix

طبق گزارش‌ها، انتظار می‌رود SK hynix فناوری پیوند هیبریدی خود را بین سال‌های 2025 و 2026 تجاری‌سازی کند. آخرین اخبار رسانه‌های کره نشان می‌دهد که SK hynix و TSMC اخیراً به طور مشترک اتحادی به نام «استراتژی یک تیم» راه‌اندازی کردند و این دو به طور مشترک نسل ششم را توسعه خواهند داد. تراشه های HBM (حافظه با پهنای باند بالا)، یعنی HBM4. در این همکاری، انتظار می رود TSMC تولید بخشی از فرآیند تراشه HBM4 را بر عهده بگیرد که ممکن است به طور خاص شامل فرآیندهای بسته بندی کلیدی برای افزایش سازگاری و عملکرد محصول باشد. در پاسخ، SK hynix گفت: "این شرکت در مورد جزئیات اتحاد اظهار نظر نمی کند."

سازندگان تجهیزات، "فروشندگان بیل" پیوند هیبریدی

فناوری پیوند هیبریدی کار آسانی نیست. چالش فنی اصلی دستیابی به پیوند مس به مس بدون نقص با هزینه اقتصادی و تقریباً صفر خطای تراز تراشه به تراشه بود. این امر مستلزم تغییرات قابل توجهی در فرآیندهای بالادستی و پایین دستی و همچنین طراحی تجهیزات است. توسعه فرآیند یکپارچه و بهینه سازی مشترک در اینجا نقش کلیدی ایفا می کند. هنگام انجام پیوند هیبریدی بین تراشه ها یا ویفرها، سطوح آنها باید در بالاترین سطح تمیزی نزدیک به سطح اتمی نگه داشته شود و مرحله مهم تراز کردن و چسباندن عایق سیلیس به مخاطبین مسی است. این فرآیند به تجهیزات اتصال بسیار تمیز و با دقت بالا نیاز دارد. ابتدا، تجهیزات تمیزکننده و فعال شده با پلاسما باید به طور کامل برای اتصال آماده شوند. بلافاصله پس از آن، در مرحله دوم، مدار مجتمع با استفاده از دستگاه باندینگ دقیقاً روی ویفر قرار می گیرد. با توجه به الزامات دقت بالا در این دستگاه ها، آنها نسبتاً پرهزینه و قابل مقایسه با قیمت تجهیزات ساخت جلویی هستند. طبق پیشنهاد بسی، هزینه هر دستگاه باندینگ بین 2 میلیون تا 2.5 میلیون یورو است.

در فضای پیوند هیبریدی، تامین کنندگان عمده تجهیزات عبارتند از Applied Materials، KLA Tencor، Lam Research، ASM Pacific Technology (ASMPT) و BE Semiconductor Industries (BESI). همانطور که بیل‌ها و صفحه‌نمایش‌ها برای حفار طلا در عصر عجله طلا بسیار حیاتی بودند، تجهیزات پیوند هیبریدی ابزاری ضروری برای سازندگان تراشه برای دستیابی به پیشرفت‌های تکنولوژیکی است. دقت، قابلیت اطمینان و نوآوری تجهیزات آنها مستقیماً به این بستگی دارد که آیا سازندگان تراشه می توانند در رقابت شدید بازار برنده شوند یا خیر.

به لطف روابط طولانی مدت با اینتل و TSMC، متخصص بک‌اند هلند Besi در حال حاضر موقعیت خوبی در زمینه پیوند هیبریدی چیپ به ویفر دارد. به گفته مدیر عامل خود، بریکمن، هشت سال پیش، شرکت تولید نیمه هادی از Besi خواست تا توسعه باندرها را برای فناوری خود آغاز کند. او در مصاحبه ای با پیر فراگو از New Street Research در سال گذشته گفت: "TSMC در سراسر منحنی یادگیری به ما کمک کرده است." "ما در یک موقعیت منحصر به فرد با مشتریان مناسب هستیم. ما از ابتدا برندگان را انتخاب کرده ایم. همکاری با Applied Materials در درک الزامات یک محیط اتاق تمیز بسیار مفید بوده است."

BESI و Applied Materials در زمینه پیوند هیبریدی با یکدیگر همکاری نزدیکی دارند. از اکتبر 2020، Besi و Applied با ایجاد مرکز تعالی (CoE) در سنگاپور، فناوری خود را توسعه داده اند. با نگاهی به سبدهای پیوند هیبریدی هر دو شرکت، Besi بر تولید انبوه تجهیزات اتصال قالب هیبریدی متمرکز شده است، در حالی که Applied طیف گسترده ای از تجهیزات را از تجهیزات رسوب دی الکتریک گرفته تا تجهیزات پلاسما و تجهیزات پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP) تولید می کند. سیستم‌های Insepra SiCN و Catalyst CMP Applied، پیوند هیبریدی پیشرفته و درمان‌های سطحی پیشرفته را با مواد جدید امکان‌پذیر می‌سازد. همانطور که قبلا ذکر شد، خط تولید سامسونگ نیز حاصل تلاش مشترک Besi و Applied Materials است. به گفته بیسی، کل هزینه ساخت خط نظافت و باندینگ حدود 5 تا 6 میلیون یورو است. Applied Materials و Besi هر کدام نیمی از این مقدار را، بسته به کاربرد - حافظه یا تراشه‌های منطقی، تشکیل می‌دهند. سفارشات واقعاً در سال 2023 شروع به رشد می کنند، بنابراین به نظر می رسد این برنامه ها تا حدودی به تعویق افتاده است، اما Besi می گوید که در حال حاضر ظرفیت تولید 180 باند هیبریدی در سال را دارد. اگر از این ظرفیت به طور کامل استفاده شود، به معنای فروش 400 میلیون یورویی اضافی خواهد بود.

گروه EV در اتریش سال‌هاست که یک سیستم فعال شده با پلاسما برای تمیز کردن چیپس و ویفر و آماده‌سازی سیستم برای قرار دادن عرضه می‌کند. EVG با ASM Pacific که اوراق قرضه را فراهم می کند، شریک شده است. EVG خود را در بازار پیوند ویفر به ویفر هیبریدی ثابت کرده است و با صدها دستگاه در این بازار پیشتاز است. تقریباً در همه تلفن‌های همراه، سنسورها با دستگاه‌های EVG فرآیند تبدیل ویفر به ویفر را انجام می‌دهند. در بازار سنسورهای CMOS پیشرفته، EVG با TEL ژاپن رقابت می کند.

来源: EV Group