Ikatan Hibrid, Menjadi Selebriti Cip

0040-02544 Bahagian Atas, Dps Meta

0020-33806 Dps + Poli Ruang Atas

 

HibridBonding,Becom a"Cip" Selebriti

Memandangkan Undang-undang Moore secara beransur-ansur memasuki separuh kedua trajektori pembangunannya, industri cip semakin bergantung pada teknologi pembungkusan termaju untuk memacu lonjakan prestasi. Apabila teknologi pembungkusan bergerak daripada rata kepada 2.5D dan 3D berdimensi lebih tinggi, teknologi antara sambungan menjadi kunci kepada kunci. Dalam menghadapi kerumitan dan keperluan prestasi pembungkusan 3D yang semakin meningkat, teknologi interkonek tradisional seperti ikatan wayar, ikatan cip flip dan ikatan melalui silikon melalui (TSV) semakin mendedahkan batasannya. Berlatarbelakangkan latar belakang ini, teknologi ikatan hibrid menjadi kegemaran baharu dalam industri kerana potensi saling hubungan revolusionernya.

Terdapat empat teknologi bersambung utama

(Sumber: SK hynix)

Ikatan hibrid, atau ikatan hibrid, boleh digunakan dalam dua cara utama. Yang pertama ialah wafer-to-wafer, yang digunakan dalam CIS dan NAND, di mana ikatan hibrid telah membuktikan kecekapannya. Ikatan hibrid tembaga pertama kali muncul pada 2016, apabila Sony menggunakan teknologi ini untuk penderia imej CMOS; Satu lagi ialah ikatan hibrid mati-ke-wafer, yang lebih sukar daripada ikatan wafer-ke-wafer, tetapi perubahan proses ini masuk akal untuk logik dan memori lebar jalur tinggi (HBM).v

Langkah Ikatan Hibrid Wafer-ke-Wafer (W2W) (Sumber: Bahan Gunaan)

Langkah Ikatan Hibrid Die-to-Wafer (D2W) (Sumber: Bahan Gunaan)

Teknologi ikatan hibrid mempunyai ciri-ciri berikut: 1) ia membenarkan lapisan cip yang berbeza, seperti lapisan memori dan lapisan logik, disambungkan secara langsung tanpa melalui vias silikon (TSV), meningkatkan kelajuan penghantaran isyarat dengan ketara dan mengurangkan penggunaan kuasa; 2) meminimumkan panjang wayar melalui ikatan terus kuprum-ke-kuprum antara cip dan wafer; 3) Berbanding dengan teknologi TSV tradisional, ikatan hibrid mengurangkan keperluan untuk sambungan fizikal antara lapisan, menghasilkan reka bentuk cip yang lebih padat dan memudahkan prestasi dan ketumpatan yang lebih tinggi. Dilaporkan bahawa apabila ikatan hibrid digunakan, 10,000 hingga 100,000 lubang telus boleh disambungkan dalam kawasan seluas 1 milimeter persegi; 4) Ikatan hibrid juga mengurangkan tekanan mekanikal di dalam cip, meningkatkan kebolehpercayaan keseluruhan produk, sambil menyokong kelajuan pemindahan data yang lebih tinggi dan penggunaan tenaga yang lebih rendah.

Ikatan hibrid telah menjadi teknologi utama untuk pembinaan cip dan pembungkusan 3D masa hadapan, dan merupakan salah satu teknologi utama untuk mencapai reka bentuk cip berprestasi tinggi, berketumpatan tinggi dan berkuasa rendah. Dalam konteks ini, fab wafer, fab storan dan kilang peralatan semuanya mengintai ikatan hibrid.

Pelopor ikatan hibrid

Teknologi ikatan hibrid telah menjadi konsensus dalam industri pembuatan wafer, dengan gergasi industri seperti TSMC, Samsung dan Intel berlumba-lumba untuk memajukan pembangunan teknologi proses 5nm dan lebih maju. Dalam proses ini, teknologi ikatan hibrid amat kritikal dan dilihat sebagai satu-satunya cara untuk digunakan untuk pembuatan mewah.

TSMC: Satu-satunya syarikat yang mengkomersialkan ikatan hibrid

Dalam bidang ikatan hibrid, TSMC, syarikat faundri No. 1 dunia, mempunyai pendapat yang paling banyak. TSMC ialah satu-satunya syarikat cip sehingga kini untuk mengkomersialkan ikatan hibrid. Pakej 3D TSMC-SoIC ialah teknologi ikatan hibrid yang digunakan, dan perkhidmatan yang dipanggil 3DFabric telah digunakan untuk AMD V-Cache. Menurut maklumat awam TSMC, dengan penyelesaian ikatan yang inovatif, teknologi SoIC menyediakan skalabiliti padang ikatan yang kukuh untuk cip I/O, membolehkan sambung cip-ke-cip berketumpatan tinggi. Pic ikatan bermula dengan peraturan kurang daripada 10 μm. Sambungan cip-ke-cip yang pendek mempunyai faktor bentuk yang lebih kecil, lebar jalur yang lebih tinggi, integriti kuasa (PI), integriti isyarat (SI) yang lebih baik dan penggunaan kuasa yang lebih rendah daripada penyelesaian pembungkusan tercanggih dalam industri hari ini.

SoC-Exceptional-scalability Dipaparkan oleh TSMC

(Sumber: TSMC)

Teknologi SoIC TSMC menyepadukan ciplet homogen dan heterogen ke dalam cip tunggal seperti SoC dengan jejak yang lebih kecil dan faktor bentuk yang lebih nipis yang boleh disepadukan secara holistik ke dalam WLSI lanjutan (aka perkhidmatan CoWoS dan InFO). Secara visual, cip yang baru disepadukan kelihatan seperti cip SoC tujuan umum, tetapi membenamkan fungsi penyepaduan heterogen yang diperlukan.

Perbandingan Outlook SoIC与SoC(Sumber:TSMC)

Samsung: Secara aktif memperkenalkan ikatan hibrid

Samsung Electronics mula memperkenalkan ikatan hibrid dengan bersungguh-sungguh, dengan "satu kaki" Samsung untuk meningkatkan keupayaan faundrinya dan satu lagi untuk menghidupkan HBM.

Menurut berita industri pada 1 Februari, Besi Semiconductor dan Applied Materials sedang memasang peralatan berkaitan ikatan hibrid di kampus Cheonan Samsung Electronics. Kampus Cheonan ialah pangkalan pengeluaran pembungkusan termaju Samsung Electronics. Peranti ini dijangka akan digunakan dalam penyelesaian pembungkusan generasi akan datang seperti X-Cube dan SAINT. Menurut orang dalam industri: "Setahu saya, peranti ini digunakan untuk pembungkusan bukan memori."

Difahamkan bahawa pelaburan terbaru Samsung Electronics adalah terutamanya untuk mengukuhkan keupayaan pembungkusan termajunya. Samsung Electronics sedang bersedia untuk melancarkan X-Cube dengan ikatan hibrid. Industri meramalkan bahawa ikatan hibrid juga boleh digunakan pada platform Saint, yang Samsung Electronics merancang untuk melancarkan mulai tahun ini. Syarikat itu merancang untuk menawarkan perkhidmatan pembungkusan 3D seperti Saint-S (menyusun SRAM pada cip logik), Saint-L (menyusun cip logik pada cip logik) dan Saint-D (menyusun cip DRAM pada cip logik).

Ramalan industri mencadangkan bahawa pelaburan Samsung Electronics dalam kemudahan ikatan hibrid boleh memenangi hati pelanggan utama seperti Nvidia dan AMD. Ini disebabkan oleh peningkatan permintaan untuk ikatan hibrid dalam pakej CoWoS yang digunakan dalam cip AI pelanggan palsu ini. Sebaliknya, HBM4 Samsung akan dilancarkan pada 2025, menurut catatan blog editorial yang diterbitkan di blog Samsung oleh SangJoon Hwang, naib presiden eksekutif dan ketua pasukan produk dan teknologi DRAM di Samsung Electronics. Memori HBM4 akan menampilkan teknologi yang dioptimumkan untuk prestasi terma tinggi, seperti pemasangan filem bukan konduktif (NCF) dan ikatan kuprum hibrid (HCB).

Intel: Ikatan hibrid berada di kaki langit

Pada persidangan IEDM 2022, ulang tahun ke-75 transistor, Intel menunjukkan cita-citanya untuk meningkatkan ketumpatan teknologi pembungkusan sebanyak 10 kali ganda menggunakan teknologi ikatan hibrid. Intel merancang untuk menggunakan teknologi ini pada teknologi pembungkusan 3Dnya, Foveros Direct, yang dikomersialkan tahun lepas. Pada ECTC tahun ini, Intel menerbitkan kertas kerja mengenai teknologi ikatan hibrid. Teknologi di sebelah kiri gambar rajah dipanggil Foveros, dengan jarak bonggol 50 mikron dan kira-kira 400 bonggol setiap milimeter persegi. Pada masa hadapan, Intel menyasarkan untuk mengurangkan pic bump kepada kira-kira 10 mikron dan mencapai 10,000 bump setiap milimeter persegi.

Rajah di bawah membandingkan teknik ikatan bonggol tradisional dengan teknik ikatan hibrid. Teknologi ikatan hibrid mengurangkan pic interconnect kepada kurang daripada 10 mikron berbanding dengan underfill, menghasilkan kapasiti pembawa arus yang lebih tinggi, ketumpatan interconnect kuprum yang lebih padat dan prestasi terma yang lebih baik. Walau bagaimanapun, teknologi ikatan hibrid memerlukan kaedah pembuatan, pengendalian, pembersihan dan ujian baharu.

Menurut laporan, Intel dijangka menjadi yang pertama mengguna pakai teknologi ikatan hibrid antara cip logik dan penyambungnya pada tahun 2024. Foveros Direct dijangka menggunakan pendekatan ikatan mati-ke-wafer hibrid dengan nada dijangka antara 9 dan 10 mikron. Sebagai perbandingan, produk Tasik Meteor Intel mempunyai pic 36 mikron menggunakan teknologi ikatan mampatan panas (TCB), manakala produk Lakefield mempunyai pic 55 mikron menggunakan teknologi sambungan bonggol melalui silikon vias (TSV).

SK hynix: HBM adalah yang pertama memperkenalkan ikatan hibrid

Pengeluar storan SK hynix juga mengintai ikatan hibrid. Tahun lepas, SK hynix menjadi pencatut besar pusingan ledakan AI ini dengan mendahului dalam cip memori lebar jalur tinggi (HBM). Tetapi apa yang anda mungkin tidak tahu ialah SK hynix juga terkenal dengan teknologi pembungkusan. Contohnya, teknologi pembungkusan CoC (Chip on Chip) SK hynix boleh menyambung secara elektrik dua (atau lebih) cip bersama tanpa memerlukan TSV (vias melalui silikon). K hynix juga telah membangunkan teknologi pembungkusan termaju seperti penyepaduan heterogen dan teknologi RDL kipas. Tahun lepas, SK hynix mengekalkan kedudukannya sebagai peneraju industri dalam HBM dengan menerajui dalam memperkenalkan proses reflow molding underfill (MR-MUF) berskala besar dalam pengeluaran HBM generasi kelima.

Teknologi MR-MUF SK hynix meningkatkan kualiti sambung HBM lebih daripada 100,000 benjolan mikro. Di samping itu, teknologi pembungkusan memaksimumkan bilangan benjolan maya terma dan memberikan pelesapan haba yang lebih baik berbanding persaingan kerana penggunaan bahan bahan bawah acuan pengacuan terma tinggi (MUF). Kemajuan ini membantu SK hynix meningkatkan bahagian pasaran HBM dan akhirnya mengambil kedudukan utama dalam segmen HBM3.

Hari ini, SK hynix giat mempromosikan proses "ikatan hibrid" baharu dalam cip HBM untuk mengekalkan kedudukan utamanya dalam pasaran global. Jadi mengapa HBM menggunakan teknologi ikatan hibrid? Pertama sekali, mari kita biasakan diri dengan cip HBM, yang dipanggil HBM, yang sebenarnya adalah memori yang meningkatkan kelajuan pemprosesan data dengan menyusun bilangan lapisan DRAM. Ia disambungkan terutamanya ke lapisan DRAM melalui pengisi TSV+. Menurut SK hynix, cip HBM pada masa ini mempunyai ketebalan standard 720 mikrometer (μm). "Apabila bilangan lapisan HBM mencapai 12 atau lebih, mungkin terdapat masalah dengan ketinggian, yang perlu diselesaikan dengan menggunakan teknologi ikatan hibrid," Kang Ji-ho, ketua ikatan wafer di SK hynix, berkata pada persidangan . SK hynix menjangkakan bahawa HBM (HBM4) generasi keenam, yang akan dikeluarkan secara besar-besaran sekitar 2026, akan memerlukan sehingga 16 lapisan, menimbulkan cabaran besar kepada teknologi pembungkusan sedia ada.

Teknologi ikatan hibrid adalah masa depan sektor HBM. Ringkasnya, jika anda menganggap HBM sebagai bangunan berbilang tingkat, setiap satunya ditugaskan untuk menyimpan data, apabila terdapat terlalu banyak lantai yang besar, sambungan tradisional melalui melalui silikon vias (TSV) + pengisi sahaja bukanlah cukup untuk mengekalkan kestabilan dan kebolehpercayaannya. Teknologi ikatan hibrid adalah seperti menggunakan "gam" khas di antara setiap lapisan, supaya tiada sokongan tambahan diperlukan untuk menahan lapisan di tempatnya, dan ketebalan cip boleh dikurangkan dengan ketara.

Pendek kata, dengan teknologi ikatan hibrid, mereka dapat mencipta cip memori peringkat tinggi yang cekap dan kecil. Ikatan hibrid juga dikenali sebagai "teknologi pembungkusan impian". SK hynix akan terus menerajui pembangunan teknologi HBM dengan mengumumkan aplikasi ikatan hibrid kepada produk HBM4 tahun ini, yang akan merevolusikan prestasi dan penggunaan kuasa produk HBM4.

Pada masa ini, SK hynix telah mencapai beberapa kemajuan. Pada persidangan semikonduktor global IEDM 2023 yang diadakan di Amerika Syarikat pada Disember tahun lepas, SK hynix mendedahkan bahawa ia telah memastikan kebolehpercayaan proses ikatan hibrid yang digunakan dalam pembuatan HBM. Syarikat itu melaporkan bahawa produk HBM generasi ketiganya (HBM2E) menggunakan 8-DRAM bertindan lapisan dan telah berjaya melepasi semua ujian kebolehpercayaan selepas menggunakan proses ikatan hibrid. Dalam ujian ini, SK hynix menilai hayat perkhidmatan HBM dalam persekitaran suhu tinggi dan meneliti potensi masalah yang mungkin timbul semasa proses pematerian cip pelanggan, meliputi empat aspek utama. Walaupun ujian ini dijalankan pada generasi ketiga produk, yang jauh lebih rendah daripada spesifikasi HBM4, ia juga menunjukkan potensi ikatan hibrid.

Keputusan ujian kebolehpercayaan HBM2E menggunakan ikatan hibrid SK hynix

SK hynix dilaporkan dijangka mengkomersialkan teknologi ikatan hibridnya antara 2025 dan 2026. Berita media Korea terkini menunjukkan bahawa SK hynix dan TSMC baru-baru ini bersama-sama melancarkan pakatan yang dipanggil "Strategi Satu Pasukan", dan kedua-duanya akan bersama-sama membangunkan generasi keenam Cip HBM (high bandwidth memory) iaitu HBM4. Dalam kerjasama ini, TSMC dijangka menjalankan pengilangan sebahagian daripada proses cip HBM4, yang secara khusus mungkin termasuk proses pembungkusan utama untuk meningkatkan keserasian dan prestasi produk. Sebagai tindak balas, SK hynix berkata, "Syarikat itu tidak mengulas mengenai butiran perikatan itu."

Pengeluar peralatan, "penjual penyodok" ikatan hibrid

Teknologi ikatan hibrid bukanlah satu tugas yang mudah. Cabaran teknikal utama adalah untuk mencapai ikatan kuprum-ke-kuprum tanpa kecacatan pada kos yang menjimatkan dengan hampir sifar ralat penjajaran cip-ke-cip. Ini memerlukan perubahan ketara kepada proses huluan dan hiliran serta reka bentuk peralatan. Pembangunan proses bersepadu dan pengoptimuman bersama memainkan peranan penting di sini. Apabila melakukan ikatan hibrid antara cip atau wafer, permukaannya mesti dikekalkan pada tahap kebersihan tertinggi yang hampir dengan tahap atom, dan langkah penting ialah menjajarkan dan mengikat penebat silika dengan sesentuh tembaga dengan tepat. Proses ini memerlukan peralatan ikatan yang sangat bersih dan berketepatan tinggi. Pertama, peralatan pembersihan dan diaktifkan plasma perlu disediakan sepenuhnya untuk ikatan. Sejurus selepas itu, pada peringkat kedua, litar bersepadu diletakkan dengan tepat pada wafer menggunakan mesin ikatan. Memandangkan keperluan ketepatan tinggi peranti ini, ia agak mahal dan setanding dengan harga peralatan pembuatan bahagian hadapan. Menurut tawaran Besi, kos setiap peranti ikatan adalah antara 2 juta dan 2.5 juta euro.

Dalam ruang ikatan hibrid, pembekal peralatan utama termasuk Bahan Gunaan, KLA Tencor, Lam Research, ASM Pacific Technology (ASMPT) dan BE Semiconductor Industries (BESI). Sama seperti penyodok dan skrin penting untuk penggali emas dalam era tergesa-gesa emas, peralatan ikatan hibrid ialah alat penting bagi pembuat cip untuk mencapai kejayaan teknologi. Ketepatan, kebolehpercayaan dan inovasi peralatan mereka secara langsung berkaitan dengan sama ada pembuat cip boleh menang dalam persaingan pasaran yang sengit.

Terima kasih kepada hubungan yang telah lama terjalin dengan Intel dan TSMC, pakar belakang Belanda Besi kini berada pada kedudukan yang baik dalam bidang ikatan hibrid cip-ke-wafer. Menurut Ketua Pegawai Eksekutifnya, Brickman, lapan tahun lalu, Syarikat Pembuatan Semikonduktor meminta Besi mula membangunkan pengikat bagi teknologinya. "TSMC telah membantu kami sepanjang keluk pembelajaran," katanya dalam temu bual dengan Pierre Ferragu dari New Street Research tahun lepas. "Kami berada dalam situasi unik dengan pelanggan yang tepat. Kami telah memilih pemenang sejak awal. Kerjasama dengan Bahan Gunaan telah sangat membantu dalam memahami keperluan persekitaran bilik bersih."

BESI dan Bahan Gunaan bekerjasama rapat dalam bidang ikatan hibrid. Sejak Oktober 2020, Besi dan Applied telah membangunkan teknologi mereka dengan menubuhkan Pusat Kecemerlangan (CoE) di Singapura. Melihat kepada portfolio ikatan hibrid kedua-dua syarikat, Besi tertumpu pada pengeluaran besar-besaran peralatan pelekap die ikatan hibrid, manakala Applied mengeluarkan pelbagai jenis peralatan daripada peralatan pemendapan dielektrik kepada peralatan plasma dan peralatan penggilap mekanikal kimia (CMP). Sistem Insepra SiCN dan Catalyst CMP Applied membolehkan ikatan hibrid tercanggih dan rawatan permukaan yang dipertingkatkan dengan bahan baharu. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, barisan pengeluaran Samsung juga adalah hasil usaha bersama Besi dan Bahan Gunaan. Menurut Besi, jumlah kos membina talian pembersihan dan ikatan adalah sekitar 5 juta hingga 6 juta euro. Bahan Gunaan dan Besi masing-masing menyumbang separuh daripada ini, bergantung pada aplikasi – memori atau cip logik.2021年,在COVID危机期间的半导体热潮中,Besi mengumumkan bahawa kedua-dua Intel dan TSMC telah komited untuk membeli 50 pengikat hibrid. Pesanan benar-benar mula berkembang pada 2023, jadi rancangan itu nampaknya agak tertangguh, tetapi Besi berkata ia sudah mempunyai kapasiti untuk menghasilkan 180 pengikat hibrid setahun. Jika kapasiti ini digunakan sepenuhnya, ini bermakna tambahan 400 juta euro dalam jualan.

Kumpulan EV di Austria telah membekalkan selama bertahun-tahun sistem diaktifkan plasma untuk membersihkan cip dan wafer dan menyediakan sistem untuk penempatan. EVG telah bekerjasama dengan ASM Pacific, yang menyediakan pengikat. EVG telah membuktikan dirinya dalam pasaran ikatan wafer-ke-wafer hibrid, menerajui pasaran ini dengan beratus-ratus mesin. Penderia dalam hampir semua telefon mudah alih melalui proses wafer-to-wafer dengan peranti EVG. Dalam pasaran penderia CMOS mewah, EVG bersaing dengan TEL Jepun.

来源:Kumpulan EV