מבוא ל 3D Packaging Technologies

דחיפה לעבר מערכות אלקטרוניות קטנות יותר, מהירות יותר ויעילות יותר באנרגיה הציבה ממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADCs) במרכז של טרנספורמציה עיצובית מרכזית.כפי שיישומים בתקשורת אלחוטית, הדמיה רפואית, אוטומציה תעשייתית ומערכות אוטונומיות דורשים רזולוציה גבוהה יותר ורוחב רוחב פס רחב יותר בגורמים בצורת אי-שרין, גישות אריזה מסורתיות הגיעו לגבולות מעשיים.

מקרה עבור ADC miniaturization

המיניטורציה ADC מונעת על ידי ההתכנסות של מגמות שוק וטכנולוגיה מרובות.מכשירים רפואיים ניידים, אינטרנט של דברים (IoT) חיישנים, כלי אוויר, ו 5G תשתיות כל דורשות המרת נתונים ביצועים גבוהים בחבילות המעסיקות שטח לוח מינימלי.הגישה המסורתית של טרנסיסטורים מתכווץ דרך ההרחבה החוק של מור הביאה גם רווחים יציבים, אבל הגבולות הפיזיים של טכנולוגיית CMOS ומורכבות הגוברת של רמות עיצוב מעורבבות, יש צורך שיפור מתמיד של רמת פעולה.

מערכת-in-package (SiP) ושילוב heterogeneous הופיעו כנתיבים מעשיים להשגת מטרות אלה, ו- 3D אריזה מספקת את הפחתת התצורה האגרסיבית ביותר.על ידי ערימה של מספר מתים, פסיביים, ו- Interposers אנכית, מעצבים יכולים להפחית את החבילה על ידי 50% או יותר בהשוואה חלופות תכנון.

3D Packaging Technologies: A Technical Review

באמצעות Silicon Vias (TSVs)

באמצעות silicon באמצעותs הם חיבורים חשמליים אנכיים העוברים לחלוטין דרך סיליקון substrate או למות, המאפשר ערימה ישירה של שבבים מרובים עם אורך חיבור מינימלי. TSVs להחליף אג"ח חוט ארוך ו עקבות מדף עם מסלולים אנכיים קצרים, צמצום קיבולים parasitic ו inductance על ידי הזמנות של גודל.

המונחים: Based Stack

מקטעי הסיליקון מספקים תת-קרקעית ביניים עם שכבות של סטיות בעלות גבוהה, המחברות מספר מתים ממוקמים בצד או ערימה. lesive interposers מכילים רק שכבות מתכת ודרךs, בעוד שמתווכים פעילים יכולים לכלול רכיבים מוטבעים כגון decoupling capacitors, מעגלי ניהול כוח, או אפילו אות נוסף. עבור ADC מודולים, אינטרposer יכול לשלב את המרה עם מספר כפול של תפקוד זה, ולהפחית את הממשקים של מערכת ההפעלה באופן כללי.

Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP)

Fan-out wfer-level האריזה מפיצה מחדש את הקשרים קלט / ספארי של מת על פני שטח גדול יותר באמצעות תרכובת epoxy מעוצבת עם שכבות חלוקה מוטבעת (RDLs) על ידי חיסול הצורך של תת-סטריט נפרד, FOWLP מפחית את עובי החבילה ומשפר ביצועים תרמיים. עבור ADCs, FOWLP מאפשר חבילות אולטרה-אין מתאימים יישומים ניידים וניתן ללבוש תוך תמיכה גבוהה ספירתולים, כמו גם ספירתולים, ומאפשרת ספירת שטח רחב יותר, ומאפשרת רכיבי חיתוך.

קישורי קשר היברידיים ו-Direct Cu-Cu Interconnects

חיבור היברידי, הידוע גם כקישור ישיר (DBI), יוצר אג"ח קבוע בין למות באמצעות שילוב של שכבות dielectric ומתכת.טכניקה זו משיגה היערכות תת-מיקרונית וחיבורי אולטרה-פין, המאפשר את הדחיסות הגבוהה ביותר של קשרים אנכיים זמינים כיום.עבור ADCs, חיבור היברידי מאפשר ערימה של שלבים מרובים המרתר או שילוב של תיקון דיגיטלי ולוגיקה מתחת לקצבה משמעותית, ללא נתיבי כוח.

טכנולוגיית גשר

טכנולוגיית גשר Embedd משתמשת גשר סיליקון קטן מת מוטבע בתוך חבילה תת-קרקעית כדי לחבר את למות הסמוך עם צפיפות גבוהה מאוד. גישה זו מספקת בסיס ביניים בין interposers המסורתית ואינטגרציה מונוליטית מלאה.עבור מערכות ADC, גשרים מוטבעים יכולים לחבר את הממיר מת למעבד אותות דיגיטליים או זיכרון ללא הפוגה דרך שכבות איטיות, coarserrserate.זה משפר נתונים באמצעות ולהפחית את הגמישות בשרשרת נתונים במהירות גבוהה.

השפעה על ADC Performance Parameters

אותות אינטגרליות ו Noise Reduction

אחד היתרונות המשמעותיים ביותר של אריזה תלת-ממדית עבור ADCs הוא שיפור ביושרה אות.בחבילות Planar, אג"ח חוט ארוך או עקבות ליצור אינדוקציונליות parasitic ו capacitance כי degrade אותות אנלוגיים, במיוחד בתדרים גבוהים יותר. מחסנים אנכיים ב מחסנים 3D להפחית את הטפיליקה על ידי סדר גודל, שמירה על נאמנות של האותות האנלוגיה עבור מהירות גבוהה.

כוח יעילות

צריכת חשמל ב ADCs קשורה ישירות ל- capacitance והתנגדות של קישורים. על ידי הפחתת שניהם, 3D אריזה מורידה את האנרגיה הנדרשת כדי לטעון ולשחרר את נקודות ה- Node במהלך המרה.עבור הסתברות-התאוששות-regamation-register (SAR) ו-ADCs צינורות ADCs, שבו ה-Comparator והכוח הדיגיטלי שולטים, החיסכון מחיבורים קצרים יותר יכול להיות תלוי ב- 10% ל-Reprexitexrexitation, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, יותר ויותר, כדי לשפר את יכולת הפחתת רזולוציה גבוהה יותר יעילה יותר, כדי ל- 30%, כדי לשפר את הפחתת קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת של רזולוציה גבוהה יותר, כדי לשפר את הפחתת קיבולת של קיבולת של רזולוציה גבוהה יותר יעילה יותר יעילה יותר יעילה יותר, כדי ל-Reprectionrectionrectionrectionrectionrectionrectionrectionerrectionrectionrectionrectionrectionrectionrectionrection

ניהול ארס

עם זאת, חיפוי פעיל של מוות אנכי מתמקד בדור חום בתוך נפח קטן יותר.ללא עיצוב תרמי מתאים, זה יכול להוביל טמפרטורות צומת גבוה כי degrade ADC ביצועים ואמינות. עם זאת, אריזות 3D גם מאפשר פתרונות תרמיים חדשניים.שימוש באמצעות silicon באמצעות conduits, הטמעת ערוצי מיקרו-השפעה ב-Creposers, או שילוב חומרים תרמיים ישירות לתוך הערימה יכול להפיץ ביעילות ו-ADC עבור יישומים מלאים כגון פונקציות טמפרטורה.

Bandwidth ו-Sampling Rate

אורך החיבור הצטמצם ותגובה parasitic נמוכה יותר חבילות 3D תמיכה ישירות רוחב פס גבוה יותר ושיעורי הדגימה מהירים יותר. ADC חזית חזית חזיתית כי אחרת ידרוש התאמה עקבית ומיזוג אותות יכול להיות פשוט כאשר הממיר מת ממוקם קרוב לממשק קלט אנלוגי.עבור זמן-intermatchd ADC, שבו מספר רב של ליבות המרת אותו אות ב תזמון גבוה יותר, מאפשר תזמון מכווץ ואפקטיביות גבוהה יותר.

אזורי יישומים נהנים מ- 3D-Packaged ADCs

5G ו- מילימטר-וייב תקשורת

מערכות אלחוטיות הדור הבא דורשות ADCs עם רוחב פס מעל 1 GHz והחלטות של 10-14 ביטים. האנאנטנות של קרינת בשלב זה בשימוש בתחנות בסיס 5G ומסופי לווינים דורשים ערוצי מקלט קומפקטיים מאוד עם מינימום של אריזות בין ערוצים.3D מאפשר שילוב של ADC, מטהר, ומדליקציה דיגיטלית לתוך מודול חד ערימה, צמצום הגודל והמשקל של כל אחד, 000, 000, 000, 000, 000.

אבחון ואבחון רפואי

בדיקות אולטרה סאונד, מערכות קוהרנטיות אופטיות (OCT) ומכשירים אבחון ניידים כל דורשים רזולוציה גבוהה ADCs בגורמים צורה מחוספס פיזית. 3D אריזה מאפשר שילוב של מערךים רב ערוצים ADC ישירות בראש חיישן, צמצום ספירת כבל ושיפור יחס אות-לא-אין-ל-אין. עבור 3D אולטרסאונד בדיקות טרנסנדנטליות בשימוש אלפי אלמנטים, ערימה, ערימה מאחורי מערך האלקטרוניקה והשגת רק את האלקטרוניקה בפועל.

אוויר והגנת

לוחמה אלקטרונית, מכ"ם ו-אות מערכות מודיעין דורשות את הביצועים הגבוהים ביותר ADCs זמין. יישומים אלה דורשים לעתים קרובות 12-16 ביטים של החלטה בשיעורי הדגימה של רבג'יגלו, בשילוב עם גודל קפדני, משקל וכוח (SWAP) מגבלות.3D אריזה מאפשר קבלנים ביטחוניים לשלב ADCs עם עיבוד דיגיטלי וזיכרון במודול קומפקטי אחד שניתן לפרוס על רחפנים, או תחנות אבטחה מתקדמות.

אינטרנט תעשייתי ואוטומציה

חיישנים תעשייתיים לניטור רטט, ניתוח איכות כוח, ובקרת תהליכים דורשים יותר ויותר המרת נתונים מבוזרים ליד אלמנט החישה. 3D-packed ADCs מאפשר מודולים חיישן קומפקטיים שניתן להטמיע במכונות או לפרוס בסביבה קשה.שילוב של ADC עם ממשק חיישן, ניהול חשמל, ולוחמי תקשורת אלחוטי בחבילה אחת מקטין מורכבות כוללת ומשפר את האמינות.

ייצור אתגרים ופתרונות

שיקולים ועלויות

אריזה 3D מציגה שלבים נוספים של תהליכים, כולל מהירויות משקל, היווצרות TSV, היערכות, אג"ח ותחתית.כל צעד מוסיף עלות ואובדן תשואה פוטנציאלי. עבור ADCs, שבו ביצועים אנלוגיים תלויות התאמה מדויקת ושפל נמוך, האתגרים הייצור הם יותר חריפה מאשר עבור מכשירים דיגיטליים בלבד.עם זאת, התקדמות בעיבוד ברמה גבוהה, בדיקה אופטית, ידוע-טוב בדיקות עבור רמות ייצור יעיל של עלויות סטנדרטיות גבוהה של 3D.

בדיקות ומוצרים ידועים

בדיקה אישית למות לפני ערימה קריטית להשגת תשואה סופית מקובלת. עבור ADCs, זה דורש ציוד בדיקות בעל חתימה מהירה מאוד מעורבב המסוגל למדוד את ההחלטה, ליניאריות, רעש וביצוע דינמי ברמה ה-Vuefer.

Reliability & Thermal Cycling

הלחצים המכניים שהוצגו על ידי ערימה של חומרים מדומים עם אפקטיביות שונה של התרחבות תרמית (CTE) יכול להוביל לדיכאון, סדק, או עייפות משותפת מכרה על מחזורים תרמיים חוזרים. ADCs במכוניות, חלל, או יישומים תעשייתיים חייבים לעמוד במגוון טמפרטורה קיצוני ותקופות הפעלה ארוכות.קיבה של חומרים תחת פיפי, תת-קרקעיים, וחיבור יכול להפחית את הטכניקות אלה בטמפרטורות נמוכות יותר.

פתרונות ניהוליים

כפי שנדון מוקדם יותר, ניהול תרמי הוא גם אתגר והזדמנות ב- 3D-packed ADCs. פתרונות מעשיים כוללים את השימוש של TSVs תרמיים כדי לנהל חום דרך הערימה, שילוב של קירור נוזלי microchannel ב- interposers עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה, ואת היישום של חומרי ממשק תרמי (TIM) עם מוליכות תרמית גבוהה. עבור ADC פועל מתחת ל- 1 W, התפשטות תרמית באמצעות החבילה יכול לעתים קרובות להיות יעיל יותר, יעיל יותר, עיצובים, יכול להיות יעיל יותר, הוא יעיל יותר, עיצובים.

קווי עתיד וגבולות מחקר

שילוב heterogeneous של חומרים מתקדמים

עתיד 3D-packed ADCs יהיה ככל הנראה לשלב מת מוטבע בטכנולוגיות מוליכים למחצה שונות אופטימיזציה לפונקציות שונות.לדוגמה, החזית האנלוגית עשויה להשתמש ב-Break-voltage SiGe או GaAs תהליך לשיפור לינאריות ורוחב הפס, בעוד שהלוגיקה הדיגיטלית משתמשת בבלוטות מתקדמות של CMOS עבור כוח נמוך וצפיפות גבוהה יותר.

הצצה ל-Pitch Interconnect Scaling

המגרש של חיבורים אנכיים בחבילות 3D ירד מעשרות מיקרונים לממדי תת-מיקרוניים עם אג"ח היברידית.המשך קנה מידה יאפשר צפיפות גבוהה יותר וכובע קצבי נמוך יותר, שיפור ביצועים ADC.פיתוח של חומרים חדשים חיבורים, כגון גרפן או צינורות פחמן באמצעות, יכול לספק אפילו התנגדות נמוכה יותר והתנהלות תרמית טובה יותר מאשר נחושת.

שילוב 3D

במבט קדימה, תהליכים חד-ממדיים 3D כי לבנות שכבות מרובות של מכשירים פעילים ישירות על תת-סטריט יחיד יכול לחסל את הצורך בחיבור מות נפרד. עבור ADCs, זה יאפשר את החלקים האנלוגיים והדיגיטליים להיות מוטבע בשכבות מכשיר שונות עם תנאי עיבוד אופטימיזציה עבור כל אחד.הקשרים אנכיים יייווצר ברמה הטרנסיסטורית, מתן טביעת הרגל האולטימטיבית בביצועים וגלויים בעוד ששילובים נמוכים יותר עבור שלב ההפגנות בשלב זה עדיין מתפתח.

AI-Driven Design Automation for 3D-Packaged ADCs

המורכבות של תכנון 3D-stacked ADCs, עם שכבות מרובות, מגבלות תרמיות ושיקולי מהימנות האות, היא הנהיגה אימוץ של למידת מכונה וכלים עיצוב מבוססי AI.כלים אלה יכולים לייעל את המיקום של TSVs, הקצאת כוח ומטוסי קרקע, את הפחתת אותות אנלוגיים קריטיים, ואת אסטרטגיית ניהול תרמי עבור יישומים גבוהים, עיצוב AI מונע יכול להפחית את הפיתוח ואת הזמן הבא כדי לשפר את שיעורי אריזה חדשים יותר.

סטנדרט ופיתוח Ecosystem

אימוץ של אריזות תלת-ממדיות עבור ADCs נתמך על ידי יוזמות בתעשייה כדי סטנדרטיזציה ממשקים, פרוטוקולי מבחן, ותקנות עיצוב. ארגונים כגון הברית 3DIC, ה-Heterogeneous אינטגרציה Roadmap, ו- IEEE מפתחים סטנדרטים המפחיתים את הפיצול ומאפשרים שרשראות אספקה מרובות-vendor. עבור ADC, מעצבי ADC, זה אומר גישה למגוון רחב יותר של אג"ח, שירותים, בדיקה, ופתרונות מתקדמים יותר של אלקטרוניקה, כמו גם פתרונות.

מסקנה

טכנולוגיות אריזה 3D מתפתחות הן באופן יסודי שינוי הדרך ADCs מעוצבים, מיוצרים, ופורסים. על ידי מתן ערימה אנכית של מוות, בין-posers, ופסיבית, טכניקות אלה מספקות הפחתה משמעותית בטביעה ושיפורים ביושרה, יעילות כוח וניהול תרמי.ההתפתחויות המשפיעות ביותר כוללות באמצעות silicon באמצעות, ערימה מבוססת-מאוורר, שביעות רצון גבוהה ובטיחות, דרישות היברידיות עבור כל אחת, תכונות שונות של חיבור ייחודי.

היתרונות מרחיבים את הפרמטרים ביצועים קריטיים במערכות מודרניות: רוחב פס גבוה יותר, רעש נמוך יותר, צריכת חשמל מופחתת, צפיפות פונקציונלית גדולה יותר. יישומים בתקשורת 5G, הדמיה רפואית, הגנה אווירית, ו-IoT תעשייתי כבר ממינוף 3D-packed ADCs כדי להשיג רמות ביצועים כי יהיה בלתי אפשרי עם אתגרים ייצור קונבנציונליים סביב תשואה, בדיקות, ואמינות מטופלים באמצעות התקדמות בתהליכים ברמת עיבוד, אסטרטגיות מתקדמות, טוב, אסטרטגיות ניהוליות.

במבט קדימה, ההיקף המתמשך של מצגת חיבור, שילוב של חומרים heterogeneous, ואת הופעתה של תהליכים מונוליטי 3D מבטיח לדחוף את ה- ADC miniaturization עוד יותר. AI מונחה כלים עיצוב וסטנדרטיזציה בתעשייה ירחיב גישה לטכנולוגיות אריזה 3D, מה שהופך אותם קיימא עבור מגוון רחב יותר של מוצרים ויישומים. עבור מהנדסים ואדריכלי מערכת עובדים בצומת של עיצוב אנלוגי מתקדם, הם הזדמנויות משמעותיות כדי לשלב נתונים עם ביצועים גבוהים של מערכות.

לקריאה נוספת על יסודות טכניים של שילוב תלת-ממדי של מערכות בעלות חתימה מעורבת, מפת הדרכים הבינלאומית של TSV-IEE למכשירים ומערכותFLT:1 מספקת סקירה מקיפה של מפת דרכים אריזה ומטרות טכנולוגיה.