Hibrit Bağlanma, Çipli Bir Ünlü Olun

0040-02544 Üst Gövde, Dps Meta

0020-33806 Üst Oda Dps + Poli

 

HibritBonding,Bgel bir "Çip" Ünlü

Moore Yasası yavaş yavaş gelişim yörüngesinin ikinci yarısına girerken, çip endüstrisi performansta sıçramalar sağlamak için giderek daha fazla ileri paketleme teknolojisine güveniyor. Paketleme teknolojisi düzden daha yüksek boyutlu 2,5D ve 3D'ye doğru ilerledikçe, ara bağlantı teknolojisi anahtarın anahtarı haline geliyor. 3D paketlemenin artan karmaşıklığı ve performans gereksinimleri karşısında, tel bağlama, flip chip bağlama ve (TSV) yoluyla silikonla bağlama gibi geleneksel ara bağlantı teknolojileri, sınırlamalarını giderek daha fazla ortaya çıkarıyor. Bu çerçevede hibrit birleştirme teknolojisi, devrim niteliğindeki ara bağlantı potansiyeli nedeniyle sektörün yeni gözdesi haline geliyor.

Dört ana bağlantılı teknoloji vardır

(Kaynak: SK hynix)

Hibrit bağlama veya Hibrit bağlama iki ana şekilde kullanılabilir. Bunlardan ilki, hibrit birleştirmenin verimliliğini kanıtladığı BDT ve NAND'da kullanılan levhadan levhaya. Bakır hibrit bağlama ilk olarak 2016 yılında Sony'nin bu teknolojiyi CMOS görüntü sensörleri için kullanmasıyla ortaya çıktı; Diğeri ise kalıptan levhaya hibrit bağlanmadır; bu, levhadan levhaya bağlamadan daha zordur, ancak bu işlem değişikliği mantık ve yüksek bant genişlikli bellek (HBM) açısından anlamlıdır.v

Gofretten Gofrete (W2W) Hibrit Bağlama Adımları (Kaynak: Uygulamalı Malzemeler)

Kalıptan Plakaya (D2W) Hibrit Birleştirme Adımları (Kaynak: Uygulamalı Malzemeler)

Hibrit birleştirme teknolojisi aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1) bellek katmanları ve mantık katmanları gibi farklı yonga katmanlarının, silikon yollardan (TSV'ler) geçmeden doğrudan birbirine bağlanmasına olanak tanır, sinyal aktarım hızını önemli ölçüde artırır ve güç tüketimini azaltır; 2) çip ve plaka arasındaki doğrudan bakırdan bakıra bağlanma yoluyla kablo uzunluğunu en aza indirir; 3) Geleneksel TSV teknolojisiyle karşılaştırıldığında hibrit birleştirme, katmanlar arasındaki fiziksel bağlantı ihtiyacını azaltır, bu da daha kompakt çip tasarımlarına olanak tanır ve daha yüksek performans ve yoğunluğu kolaylaştırır. Hibrit birleştirme uygulandığında 1 milimetrekarelik bir alanda 10,000 ile 100,000 arasında geçiş deliğinin bağlanabileceği; 4) Hibrit bağlama aynı zamanda çip içindeki mekanik gerilimi azaltarak ürünün genel güvenilirliğini artırırken daha yüksek veri aktarım hızlarını ve daha düşük enerji tüketimini destekler.

Hibrit birleştirme, çip oluşturma ve gelecekteki 3D paketleme için önemli bir teknoloji haline geldi ve yüksek performanslı, yüksek yoğunluklu ve düşük güçlü çip tasarımı elde etmek için temel teknolojilerden biri. Bu bağlamda levha fabrikaları, depolama fabrikaları ve ekipman fabrikalarının tümü hibrit birleştirmeyi mercek altına alıyor.

Hibrit bağlanmanın öncüleri

Hibrit birleştirme teknolojisi, levha üretim endüstrisinde TSMC, Samsung ve Intel gibi endüstri devlerinin 5nm ve daha gelişmiş proses teknolojilerinin gelişimini ilerletmek için yarıştığı bir fikir birliği haline geldi. Bu süreçte hibrit yapıştırma teknolojisi özellikle kritik önem taşıyor ve üst düzey üretime ulaşmanın tek yolu olarak görülüyor.

TSMC: Hibrit birleştirmeyi ticarileştiren tek şirket

Hibrit birleştirme alanında dünyanın 1 numaralı dökümhane şirketi TSMC en fazla söz sahibidir. TSMC, bugüne kadar hibrit birleştirmeyi ticarileştiren tek çip şirketidir. TSMC'nin 3D paketi-SoIC, kullanılan hibrit bağlama teknolojisi olup, 3DFabric adlı hizmet AMD V-Cache'e uygulanmıştır. TSMC'nin kamuya açıkladığı bilgilere göre, yenilikçi birleştirme çözümleriyle SoIC teknolojisi, çip I/O için güçlü bağ aralığı ölçeklenebilirliği sağlayarak yüksek yoğunluklu çipten çipe ara bağlantılara olanak tanıyor. Bağ aralığı 10 μm'den küçük bir kuralla başlar. Kısa çipten çipe bağlantılar, günümüzün endüstrinin en gelişmiş paketleme çözümlerine kıyasla daha küçük bir form faktörüne, daha yüksek bant genişliğine, daha iyi güç bütünlüğüne (PI), sinyal bütünlüğüne (SI) ve daha düşük güç tüketimine sahiptir.

TSMC Tarafından Gösterilen SoC-Olağanüstü Ölçeklenebilirlik

(Kaynak: TSMC)

TSMC'nin SoIC teknolojisi, homojen ve heterojen yongaları, gelişmiş WLSI'ye (CoWoS hizmetleri ve InFO olarak da bilinir) bütünsel olarak entegre edilebilen, daha küçük ayak izi ve daha ince form faktörüne sahip tek, SoC benzeri bir yongada birleştirir. Görsel olarak yeni entegre çip, genel amaçlı bir SoC çipine benziyor ancak gerekli heterojen entegrasyon fonksiyonlarını içeriyor.

SoIC与SoC'nin Görünüm Karşılaştırması(Kaynak:TSMC)

Samsung: Hibrit birleştirmeyi aktif olarak tanıtıyoruz

Samsung Electronics, Samsung'un "bir ayağı" dökümhane yeteneklerini geliştirmek, diğer ayağı ise HBM'ye güç vermek için hibrit birleştirmeyi ciddi anlamda uygulamaya başlıyor.

1 Şubat tarihli sektör haberlerine göre Besi Semiconductor ve Applied Materials, Samsung Electronics'in Cheonan kampüsüne hibrit birleştirmeyle ilgili ekipmanlar kuruyor. Cheonan Kampüsü, Samsung Electronics'in gelişmiş ambalaj üretim üssüdür. Cihazın X-Cube ve SAINT gibi yeni nesil paketleme çözümlerinde kullanılması bekleniyor. Sektördeki kişilere göre: "Bildiğim kadarıyla cihaz, bellek dışı paketleme için kullanılıyor."

Samsung Electronics'in son yatırımının esas olarak gelişmiş paketleme yeteneklerini güçlendirmeye yönelik olduğu anlaşılıyor. Samsung Electronics, hibrit birleştirme özelliğine sahip X-Cube'ü piyasaya sürmeye hazırlanıyor. Sektör, hibrit birleştirmenin Samsung Electronics'in bu yıldan itibaren piyasaya sürmeyi planladığı Saint platformuna da uygulanabileceğini öngörüyor. Şirket, Saint-S (SRAM'ın mantık çipleri üzerine istiflenmesi), Saint-L (mantık çiplerinin mantık çipleri üzerine istiflenmesi) ve Saint-D (DRAM çiplerinin mantık çipleri üzerine istiflenmesi) gibi 3D paketleme hizmetleri sunmayı planlıyor.

Sektör tahminleri, Samsung Electronics'in hibrit birleştirme tesislerine yaptığı yatırımın Nvidia ve AMD gibi büyük müşterilerin kalbini kazanabileceğini gösteriyor. Bunun nedeni, bu kablosuz müşterilerin yapay zeka çiplerinde kullanılan CoWoS paketlerinde hibrit bağlantıya olan talebin artmasıdır. Öte yandan, Samsung Electronics'in başkan yardımcısı ve DRAM ürün ve teknoloji ekibinin başkanı SangJoon Hwang'ın Samsung blogunda yayınlanan editoryal blog gönderisine göre, Samsung'un HBM4'ü 2025'te piyasaya sürülecek. HBM4 belleği, iletken olmayan film (NCF) montajı ve hibrit bakır bağlama (HCB) gibi yüksek termal performans için optimize edilmiş teknolojilere sahip olacak.

Intel: Hibrit birleştirme ufukta görünüyor

Transistörlerin 75. yıl dönümü olan 2022 IEDM konferansında Intel, hibrit bağlama teknolojisini kullanarak paketleme teknolojisinin yoğunluğunu 10 kat artırma hedefini gösterdi. Intel, bu teknolojiyi geçen yıl ticarileştirilen 3D paketleme teknolojisi Foveros Direct'e uygulamayı planlıyor. Bu yılki ECTC'de Intel, hibrit birleştirme teknolojisi hakkında bir makale yayınladı. Diyagramın sol tarafındaki teknolojiye Foveros adı veriliyor ve tümsekler 50 mikron aralıklı ve milimetre kare başına yaklaşık 400 tümsek içeriyor. Gelecekte Intel, tümsek aralığını yaklaşık 10 mikrona düşürmeyi ve milimetre kare başına 10,000 tümsek elde etmeyi hedefliyor.

Aşağıdaki diyagram geleneksel çarpma yapıştırma tekniklerini hibrit bağlama teknikleriyle karşılaştırmaktadır. Hibrit bağlama teknolojisi, ara bağlantı hatvelerini yetersiz doldurmayla karşılaştırıldığında 10 mikrondan daha aza indirir, bu da daha yüksek akım taşıma kapasitesi, daha yoğun bakır ara bağlantı yoğunluğu ve daha iyi termal performans sağlar. Ancak hibrit birleştirme teknolojisi yeni üretim, kullanım, temizleme ve test yöntemleri gerektirir.

Raporlara göre, Intel'in 2024 yılında mantık çipleri ve ara konektörler arasında hibrit birleştirme teknolojisini benimseyen ilk şirket olması bekleniyor. Foveros Direct'in, 9 ila 10 arasında olması beklenen bir adımla hibrit kalıptan levhaya birleştirme yaklaşımını kullanması bekleniyor. mikron. Karşılaştırıldığında, Intel'in Meteor Lake ürünleri, sıcak sıkıştırmalı birleştirme (TCB) teknolojisini kullanan 36 mikronluk bir aralığa sahipken, Lakefield ürünleri, silikon kanallar (TSV'ler) aracılığıyla çarpma birleştirme teknolojisini kullanan 55 mikronluk bir aralığa sahiptir.

SK hynix: HBM hibrit bağlanmayı ilk uygulayan firmadır

Depolama üreticisi SK hynix de hibrit birleştirmeyi planlıyor. Geçtiğimiz yıl SK hynix, yüksek bant genişlikli bellek (HBM) çiplerinde öncülük ederek bu yapay zeka patlamasından büyük kazanç elde etti. Ancak SK hynix'in aynı zamanda paketleme teknolojisiyle de tanındığını bilmiyor olabilirsiniz. Örneğin, SK hynix'in CoC (Chip on Chip) paketleme teknolojisi, iki (veya daha fazla) çipi TSV'lere (silikon geçişli yollara) ihtiyaç duymadan elektriksel olarak birbirine bağlayabilir. K hynix ayrıca heterojen entegrasyon ve yayma RDL teknolojisi gibi gelişmiş paketleme teknolojileri de geliştirmiştir. Geçen yıl SK hynix, beşinci nesil HBM'nin üretiminde büyük ölçekli yeniden akışlı kalıplama alt dolgu (MR-MUF) prosesini uygulamaya koymada liderliği üstlenerek HBM'de endüstri lideri konumunu korudu.

SK hynix'in MR-MUF teknolojisi, HBM'nin ara bağlantılarının kalitesini 100000 mikro darbeden fazla artırır. Buna ek olarak paketleme teknolojisi, termal sanal tümseklerin sayısını en üst düzeye çıkarır ve yüksek termal iletkenliğe sahip kalıplanmış alt dolgu (MUF) malzemesinin kullanılması nedeniyle rakiplere kıyasla üstün ısı dağılımı sağlar. Bu ilerleme, SK hynix'in HBM pazarındaki payını artırmasına ve sonunda HBM3 segmentinde lider konuma gelmesine yardımcı oldu.

Bugün SK hynix, küresel pazardaki lider konumunu korumak için HBM yongalarındaki yeni "hibrit bağlama" sürecini aktif olarak destekliyor. Peki HBM neden hibrit bağlama teknolojisini kullanıyor? Öncelikle HBM olarak adlandırılan ve aslında DRAM katmanlarının sayısını istifleyerek veri işleme hızını artıran bir bellek olan HBM çiplerini tanıyalım. Esas olarak DRAM katmanına TSV+ dolgusu aracılığıyla bağlanır. SK hynix'e göre HBM çipleri şu anda 720 mikrometre (μm) standart kalınlığa sahip. SK hynix levha yapıştırma bölümü başkanı Kang Ji-ho bir konferansta şunları söyledi: "HBM katmanlarının sayısı 12 veya daha fazlasına ulaştığında, yükseklikle ilgili bir sorun olabilir ve bu sorunun hibrit bağlama teknolojisi kullanılarak çözülmesi gerekir." . SK hynix, 2026 civarında seri üretimi yapılacak olan altıncı nesil HBM'nin (HBM4) 16'ya kadar katman gerektireceğini ve bunun da mevcut paketleme teknolojisine büyük bir zorluk teşkil edeceğini öngörüyor.

Hibrit yapıştırma teknolojisi HBM sektörünün geleceğidir. Basitçe söylemek gerekirse, HBM'yi her biri veri depolamakla görevli çok katlı bir bina olarak düşünürseniz, çok fazla geniş kat olduğunda, silikon geçişli yollar (TSV) + dolgular aracılığıyla yapılan geleneksel bağlantı tek başına yeterli değildir. istikrarını ve güvenilirliğini korumak için yeterlidir. Hibrit birleştirme teknolojisi, her katman arasına özel bir "yapıştırıcı" uygulanmasına benzer, böylece katmanları yerinde tutmak için ek desteğe gerek kalmaz ve çipin kalınlığı önemli ölçüde azaltılabilir.

Kısacası hibrit bağlama teknolojisiyle hem verimli hem de küçük, üst düzey bellek yongaları oluşturmayı başardılar. Hibrit yapıştırma aynı zamanda "rüya paketleme teknolojisi" olarak da bilinir. SK hynix, HBM4 ürünlerinin performansında ve güç tüketiminde devrim yaratacak olan hibrit bağlamanın bu yıl HBM4 ürünlerine uygulandığını duyurarak HBM teknolojisinin geliştirilmesine öncülük etmeye devam edecek.

Şu anda SK hynix bir miktar ilerleme kaydetti. Geçen yıl Aralık ayında Amerika Birleşik Devletleri'nde düzenlenen küresel yarı iletken konferansı IEDM 2023'te SK hynix, HBM üretiminde kullanılan hibrit birleştirme işleminin güvenilirliğini sağladığını ortaya koydu. Şirket, üçüncü nesil HBM ürününün (HBM2E) 8-katmanlı yığınlı DRAM kullandığını ve hibrit birleştirme sürecini benimsedikten sonra tüm güvenilirlik testlerini başarıyla geçtiğini bildirdi. Bu testte SK hynix, HBM'nin yüksek sıcaklıktaki bir ortamda hizmet ömrünü değerlendirdi ve müşterinin çip lehimleme işlemi sırasında ortaya çıkabilecek olası sorunları dört ana hususu kapsayacak şekilde inceledi. Bu test, ürünün HBM4 spesifikasyonundan çok daha düşük olan üçüncü jenerasyonu üzerinde yapılmış olsa da hibrit bağlanma potansiyelini de ortaya koyuyor.

SK hynix hibrit bağlamayı kullanan HBM2E güvenilirlik testi sonuçları

SK hynix'in hibrit birleştirme teknolojisini 2025 ile 2026 yılları arasında ticarileştirmesinin beklendiği bildiriliyor. En son Kore medyası haberleri, SK hynix ve TSMC'nin yakın zamanda "Tek Takım Stratejisi" adı verilen bir ittifakı ortaklaşa başlattıklarına ve ikilinin altıncı nesil hibrit birleştirmeyi ortaklaşa geliştireceklerine dikkat çekti. HBM (yüksek bant genişliğine sahip bellek) yongaları, yani HBM4. Bu işbirliğinde TSMC'nin, ürün uyumluluğunu ve performansını artırmak için özellikle önemli paketleme süreçlerini içerebilecek HBM4 çip sürecinin bir kısmının üretimini üstlenmesi bekleniyor. Buna yanıt olarak SK hynix, "Şirket, ittifakın ayrıntıları hakkında yorum yapmıyor." dedi.

Ekipman üreticileri, hibrit birleştirmenin "kürek satıcıları"

Hibrit yapıştırma teknolojisi kolay bir iş değildir. Temel teknik zorluk, neredeyse sıfır talaştan talaşa hizalama hatasıyla, ekonomik bir maliyetle hatasız bir bakır-bakır bağı elde etmekti. Bu, ekipman tasarımının yanı sıra yukarı ve aşağı süreçlerde de önemli değişiklikler yapılmasını gerektirir. Entegre süreç geliştirme ve ortak optimizasyon burada önemli bir rol oynamaktadır. Talaşlar veya levhalar arasında hibrit birleştirme yapılırken, yüzeylerinin atomik seviyeye yakın en yüksek temizlik seviyesinde tutulması gerekir ve önemli adım, silika izolasyonunun bakır temas noktalarına hassas bir şekilde hizalanması ve yapıştırılmasıdır. Bu işlem son derece temiz ve yüksek hassasiyetli yapıştırma ekipmanı gerektirir. Öncelikle temizleme ve plazmayla etkinleştirilen ekipmanın yapıştırma için tamamen hazırlanması gerekir. Hemen ardından ikinci aşamada entegre devre, yapıştırma makinesi kullanılarak levhanın üzerine hassas bir şekilde yerleştirilir. Bu cihazların üst düzey hassasiyet gereksinimleri göz önüne alındığında, bunlar nispeten maliyetlidir ve ön uç üretim ekipmanının fiyatıyla karşılaştırılabilir. Besi'nin teklifine göre her bir yapıştırma cihazının maliyeti 2 ila 2,5 milyon euro arasında değişiyor.

Hibrit birleştirme alanındaki başlıca ekipman tedarikçileri arasında Applied Materials, KLA Tencor, Lam Research, ASM Pacific Technology (ASMPT) ve BE Semiconductor Industries (BESI) yer alıyor. Nasıl ki altına hücum döneminde kürekler ve elekler altın arayıcıları için kritik öneme sahipse, hibrit bağlama ekipmanı da talaş üreticilerinin teknolojik atılımlar gerçekleştirmesi için vazgeçilmez bir araçtır. Ekipmanlarının doğruluğu, güvenilirliği ve yenilikçiliği, çip üreticilerinin şiddetli pazar rekabetinde kazanıp kazanamayacağıyla doğrudan ilgilidir.

Intel ve TSMC ile uzun süredir devam eden ilişkiler sayesinde, Hollandalı arka uç uzmanı Besi şu anda çipten levhaya hibrit birleştirme alanında iyi bir konuma sahip. CEO'su Brickman'a göre Semiconductor Manufacturing Company sekiz yıl önce Besi'den kendi teknolojisi için bağlayıcılar geliştirmeye başlamasını istedi. Geçen yıl New Street Research'ten Pierre Ferragu ile yaptığı röportajda "TSMC bize öğrenme süreci boyunca yardımcı oldu" dedi. "Doğru müşterilerle benzersiz bir durumdayız. Başından beri kazananları seçiyoruz. Applied Materials ile işbirliği, temiz oda ortamının gerekliliklerini anlamada son derece yararlı oldu."

BESI ve Applied Materials hibrit birleştirme alanında yakın işbirliği içinde çalışır. Besi ve Applied, Ekim 2020'den bu yana Singapur'da bir Mükemmeliyet Merkezi (CoE) kurarak teknolojilerini geliştiriyor. Her iki şirketin hibrit yapıştırma portföylerine bakıldığında Besi, hibrit yapıştırma kalıp bağlantı ekipmanlarının seri üretimine odaklanırken, Applied dielektrik biriktirme ekipmanından plazma ekipmanına ve kimyasal mekanik parlatma (CMP) ekipmanına kadar geniş bir ekipman yelpazesi üretiyor. Applied'ın Insepra SiCN ve Catalyst CMP sistemleri, en son teknolojiye sahip hibrit birleştirmeyi ve yeni malzemelerle geliştirilmiş yüzey işlemlerini mümkün kılar. Daha önce de belirttiğimiz gibi Samsung'un üretim hattı aynı zamanda Besi ve Applied Materials'ın ortak çabalarının bir sonucudur. Besi'ye göre temizleme ve yapıştırma hattının toplam maliyeti 5 ila 6 milyon euro civarında. Applied Materials ve Besi, uygulamaya (bellek veya mantık çipleri) bağlı olarak bunun yarısını oluşturuyor.2021'de, Besi, hem Intel hem de TSMC'nin 50 hibrit bağlayıcı satın alma taahhüdünde bulunduğunu duyurdu. Siparişler 2023'te gerçekten artmaya başlıyor, dolayısıyla bu planlar biraz gecikmiş gibi görünüyor, ancak Besi halihazırda yılda 180 hibrit bonder üretme kapasitesine sahip olduğunu söylüyor. Bu kapasitenin tam olarak kullanılması durumunda ilave 400 milyon euroluk satış anlamına gelecek.

Avusturya'daki EV Grubu uzun yıllardan beri talaş ve levhaların temizlenmesi ve sistemin yerleştirmeye hazırlanması için plazmayla etkinleştirilen bir sistem tedarik etmektedir. EVG, bağlayıcılar sağlayan ASM Pacific ile ortaklık kurdu. EVG, hibrit levhadan levhaya yapıştırma pazarında kendisini kanıtlamış ve yüzlerce makineyle bu pazarda lider konumdadır. Hemen hemen tüm cep telefonlarındaki sensörler, EVG cihazlarıyla plakadan plakaya bir süreçten geçer. Üst düzey CMOS sensör pazarında EVG, Japonya'nın TEL'iyle rekabet ediyor.

Adı:EV Group