Почему интерпозеры важнее, чем вы думаете

Когда люди говорят о передовой полупроводниковой упаковке, внимание обычно сосредоточено на передовых чипах: транзисторах меньшего размера, более быстрой логике или устройствах с большей мощностью. Однако между этими чипами находится менее заметный, но все более важный компонент — интерпозер.

Традиционно интерпозер рассматривался как пассивная структура, основная задача которой — маршрутизация сигналов между чипами. Однако, поскольку вычислительные системы переходят к архитектурам чиплетов, более высокой плотности мощности и более требовательным тепловым условиям, эта пассивная роль больше не является достаточной. Теперь ожидается, что интерпозер будет передавать электрические сигналы, выдерживать механические нагрузки и управлять теплом — и все это одновременно.

Именно в этот момент в игру вступают 12-дюймовые интерпозеры из карбида кремния (SiC).От кремния к карбиду кремния: изменение философии

Большинство современных интерпозеров изготавливаются из кремния, главным образом потому, что полупроводниковая промышленность уже имеет развитую инфраструктуру производства кремния на 12-дюймовых пластинах. Кремниевые интерпозеры хорошо работают для проводки высокой плотности, но начинают проявлять ограничения, когда системы работают при высокой мощности или повышенных температурах.

Карбид кремния предлагает принципиально иной набор свойств материала:

Гораздо более высокая теплопроводность

• , обеспечивающая более быстрое удаление теплаПревосходная механическая жесткость

• , улучшающая стабильность размеровОтличная термическая и химическая стабильность

• , даже при высоких температурахБлагодаря этим свойствам интерпозеры из SiC — это не просто улучшенные версии кремниевых интерпозеров, они позволяют использовать другую философию проектирования. Вместо того, чтобы рассматривать управление тепловым режимом как внешнюю проблему, решаемую радиаторами или холодными пластинами, SiC позволяет управлять теплом непосредственно на уровне интерпозера.

Почему 12-дюймовый формат имеет большое значение

На первый взгляд, переход от пластин меньшего размера к

12-дюймовым интерпозерам из SiC может показаться простым масштабированием. В действительности это представляет собой важный шаг к индустриализации.12-дюймовый формат важен по нескольким причинам:

Совместимость с производством

• с передовыми инструментами литографии, контроля и упаковкиБолее высокая производительность и более низкая стоимость на единицу площади

• в масштабеПоддержка больших интерпозеров

• , которые необходимы для многочиповой и гетерогенной интеграцииОднако масштабирование SiC до 12 дюймов намного сложнее, чем масштабирование кремния. Контроль дефектов, плоскостность пластин и управление напряжениями становятся значительно сложнее по мере увеличения диаметра пластин. Это делает 12-дюймовые интерпозеры из SiC как технической задачей, так и технологической вехой.

Ключевые производственные процессы, объясненные просто

Производство 12-дюймового интерпозера из SiC включает в себя многие из тех же этапов, что и кремниевые интерпозеры, но каждый этап более требователен из-за природы материала.

Подготовка и утонение пластин

Пластины из SiC чрезвычайно твердые. Утонение их до требуемой толщины без образования трещин или чрезмерного коробления требует высококонтролируемых процессов шлифовки и полировки.
Формирование рисунка и образование переходов

Интерпозеры полагаются на вертикальные электрические соединения. В SiC формирование этих переходов требует передовых методов сухого травления или лазерной обработки, способных проникать в очень твердый и химически инертный материал.
Металлизация и межсоединения

Нанесение металлов, которые надежно прилипают к SiC, сохраняя при этом низкое электрическое сопротивление и долгосрочную стабильность, является непростой задачей. Обычно требуются специализированные барьерные и адгезионные слои.
Контроль и управление выходом годных изделий

При 12 дюймах даже небольшая плотность дефектов может оказать большое влияние на выход годных изделий. Это делает мониторинг процесса и внутрипроизводственный контроль особенно важными.
Вместе эти этапы образуют производственный процесс, который сложнее, чем традиционное производство кремниевых интерпозеров, но также гораздо более эффективен в требовательных приложениях.

Последствия на уровне системы: больше, чем просто упаковка

Реальная ценность 12-дюймовых интерпозеров из SiC становится очевидной при взгляде на

уровень системы, а не на отдельные компоненты.Интегрируя механическую прочность и теплопроводность непосредственно в интерпозер, разработчики систем получают:

Более низкие температуры перехода для мощных устройств

• Повышенную надежность при термическом циклировании

• Большую свободу в архитектуре системы и размещении компонентов

• На практике это означает более плотные модули питания, более компактные высокопроизводительные вычислительные системы и повышенную долговечность в суровых условиях, таких как электромобили, центры обработки данных и аэрокосмическая электроника.

Платформа для гетерогенной интеграции

По мере развития полупроводниковых систем они все чаще объединяют логические чипы, силовые устройства, радиочастотные компоненты и даже фотонику в одном корпусе. Каждый из этих элементов имеет разные термические и механические требования.

12-дюймовые интерпозеры из SiC предлагают единую платформу

, которая может поддерживать это разнообразие. Их свойства материала естественным образом соответствуют широкозонным устройствам и приложениям с высокой мощностью, что делает их особенно привлекательными для гетерогенной интеграции следующего поколения.Заглядывая в будущее

12-дюймовые интерпозеры из SiC все еще находятся на ранней стадии внедрения, но их траектория ясна. Они решают фундаментальные проблемы, которые невозможно решить только с помощью кремния, особенно в системах с высокой мощностью и высокой тепловой плотностью.

Вместо того, чтобы рассматривать их как нишевое решение, более правильно рассматривать 12-дюймовые интерпозеры из SiC как обеспечивающую технологию — ту, которая объединяет материаловедение, производственные инновации и проектирование на уровне системы.

Поскольку передовая упаковка продолжает определять пределы производительности современной электроники, интерпозер больше не является просто тем, что соединяет чипы. В случае с SiC он становится частью самой системы.