قد يبدو تحديد ما إذا كان جهاز 2.5D عبارة عن لوحة دوائر مطبوعة تم تقليصها لتناسب حزمة ما، أو شريحة تمتد إلى ما هو أبعد من حدود قالب واحد، بمثابة دلالات متشابكة، ولكن يمكن أن يكون له عواقب وخيمة على النجاح الشامل من التصميم.

كانت الرقائق المستوية دائمًا محدودة بحجم الشبكة، والذي يبلغ حوالي 858 ملم². أبعد من ذلك، فإن قضايا الإنتاجية تجعل السيليكون غير اقتصادي. لسنوات، أدى ذلك إلى الحد من عدد الميزات التي يمكن حشرها على الركيزة المستوية. يجب تصميم أي ميزات إضافية على شكل شرائح إضافية وتوصيلها بلوحة دوائر مطبوعة (PCB).

ظهور 2.5D فتحت تكنولوجيا التعبئة والتغليف محورًا جديدًا تمامًا للتوسع، مما يسمح بتعدد شرائح أن تكون مترابطة داخل الحزمة المتقدمة. لكن نقطة البداية لهذا التصميم المتكامل يمكن أن يكون لها تأثير كبير على كيفية تجميع المكونات المختلفة، ومن يشارك، وما هي الأدوات التي يتم نشرها ومتى.

هناك عدة أسباب وراء انتشار تقنية 2.5D اليوم. واحد هو التكلفة. يقول توني ماستروياني، مدير حلول التغليف المتقدمة في شركة: "إذا كان بإمكانك بناء شرائح أصغر، أو شرائح صغيرة، وقد تم تصميم هذه الشرائح الصغيرة وتحسينها لدمجها في الحزمة، فيمكن أن يجعل الأمر برمته أصغر". برنامج سيمنز للصناعات الرقمية. "ولأن العائد أعلى بكثير، فإن ذلك له تأثير كبير على التكلفة. بدلاً من الحصول على عائد بنسبة 50% أو أقل للرقائق ذات الحجم الصغير، يمكنك رفع ذلك إلى نطاق 90%.

إن ربط الرقائق باستخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحد أيضًا من الأداء. يقول رامين فرجادراد، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة إليان: "من الناحية التاريخية، كانت لدينا شرائح معبأة بشكل منفصل ثم تم وضعها على ثنائي الفينيل متعدد الكلور وربطها معًا ببعض التوجيه". "كانت المشاكل التي بدأ الناس يواجهونها ذات شقين. أحدهما هو أن عرض النطاق الترددي بين هذه الرقائق كان محدودًا من خلال المرور عبر PCB ومن ثم عدد محدود من الكرات الموجودة على العبوة، مما يحد من الاتصال بين هذه الرقائق.

والفرق الرئيسي بين 2.5D مقارنة بثنائي الفينيل متعدد الكلور هو أن 2.5D يستخدم أبعاد الشريحة. هناك الكثير من الأسلاك ذات الحبيبات الدقيقة، ويمكن تعبئة المكونات المختلفة بشكل أقرب إلى بعضها البعض على وسيط أو في عبوة بدلاً من وضعها على اللوحة. لهذه الأسباب، يمكن أن تكون الأسلاك أقصر، ويمكن أن يكون هناك عدد أكبر منها، ويزداد عرض النطاق الترددي.

وهذا يؤثر على الأداء على مستويات متعددة. يقول ماستروياني من شركة Siemens: "نظرًا لقربهما الشديد، لا يوجد تأخير طويل في النقل RC أو LC، لذا فهو أسرع بكثير". "أنت لا تحتاج إلى برامج تشغيل كبيرة على الشريحة لقيادة آثار طويلة على اللوحة، وبالتالي يكون لديك طاقة أقل. يمكنك الحصول على أداء أفضل وقوة أقل. المقياس الشائع هو الحديث عن بيكو جول لكل بت. إن كمية الطاقة اللازمة لتحريك البتات تجعل 2.5D مقنعة.

ومع ذلك، فإن العقلية تؤثر على مفهوم التصميم الأولي، وهذا له تداعيات طوال التدفق. يقول جون بارك، مدير مجموعة إدارة المنتجات في مجموعة Custom IC & PCB Group في شركة Custom IC & PCB Group: "إذا تحدثت إلى أحد مصممي القوالب، فمن المحتمل أن يقولوا إنها مجرد شريحة كبيرة". إيقاع. "ولكن إذا تحدثت إلى مصمم حزم، أو مصمم لوحات، فسيقولون إنها في الأساس لوحة PCB صغيرة."

من على حق؟ يقول مارك سوينن، مدير تسويق المنتجات في شركة "إن الهيكل التنظيمي الداخلي داخل الشركة غالبا ما يقرر كيفية التعامل مع هذا الأمر". ANSYS. "على المدى الطويل، تريد التأكد من أن شركتك منظمة بحيث تتوافق مع الفيزياء، وليس محاولة مطابقة الفيزياء الخاصة بشركتك."

ما هو واضح هو أنه لا يوجد شيء مؤكد. يقول كادينس بارك: "كان العالم الرقمي منتظمًا للغاية، حيث كنا نحصل كل عامين على عقدة جديدة بنصف حجمها". "ستكون هناك بعض المتطلبات الجديدة، لكنها كانت تطورية للغاية. التعبئة والتغليف هي الغرب المتوحش. قد نحصل على 8 تقنيات تعبئة جديدة هذا العام، و3 في العام المقبل، و12 في العام المقبل. ويأتي العديد من هذه المنتجات من المسابك، في حين أنها كانت تأتي فقط من شركات تجميع واختبار أشباه الموصلات الخارجية (OSATs) ومقدمي الركيزة. وفي حين أن المسابك هي الوافد الجديد، فإن OSATs تقدم بعض تقنيات التغليف المثيرة للاهتمام بتكلفة أقل.

جزء من السبب في ذلك هو أن المجموعات المختلفة من الأشخاص لديهم مجموعات متطلبات مختلفة. ويقول سوينن من شركة Ansys: "ترى الحكومة والجيش أن الفوائد الأساسية تتمثل في قدرات التكامل غير المتجانسة". "إنهم لا يدفعون حافة تكنولوجيا المعالجة. وبدلاً من ذلك، يقومون بتصميم أشياء مثل الدوائر المتكاملة الميكروويفية (MMICs)، حيث يحتاجون إلى أدلة موجية للإشارات عالية السرعة جدًا. إنهم يتعاملون معها من وجهة نظر تجميع التغليف. على العكس من ذلك، تقترب شركات الحوسبة عالية الأداء (HPC) من كومة من رقائق 5 نانومتر و3 نانومتر مع ذاكرة النطاق الترددي العالي الأداء (HBM). إنهم يرون أنها مشكلة في تجميع السيليكون. والفائدة التي يرونها هي مرونة البنية، حيث يمكنهم إضافة النوى والواجهات وإنشاء منتجات لأسواق محددة دون الحاجة إلى إعادة تصميم كل شريحة صغيرة. إنهم يرون أن المرونة هي الفائدة. ويرى الجيش أن التكامل غير المتجانس هو المنفعة”.

المواد
هناك العديد من المواد المستخدمة كركيزة في تكنولوجيا التغليف 2.5D، ولكل منها مقايضات مختلفة من حيث التكلفة والكثافة وعرض النطاق الترددي، إلى جانب وجود مجموعة مختارة من المشكلات المادية المختلفة التي يجب التغلب عليها. إحدى النقاط الأساسية للتمييز هي درجة الارتطام، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1. التوصيل البيني للرقائق لمختلف تكوينات الركيزة. المصدر: عليان

عندما نتحدث عن أ المتدخل، فهو يعتبر عمومًا من السيليكون. يقول فارجادراد من إليان: "يمكن أن يكون المتدخل عبارة عن قطعة كبيرة من السيليكون (الشكل 1 بالأعلى)، أو مجرد جسور سيليكون بين الرقائق (الشكل 1 بالوسط) لتوفير الاتصال". "يستخدم كلا الحلين نتوءات صغيرة ذات كثافة عالية. توفر المتداخلات والجسور الكثير من النتوءات والآثار عالية الكثافة، مما يمنحك عرض النطاق الترددي. إذا كنت تستخدم 1,000 سلك يعمل كل منها بسرعة 5 جيجابايت، فستحصل على 5 تيرابايت. إذا كان لديك 10,000، فستحصل على 50 تيرابايت. لكن هذه الإشارات لا يمكن أن تتجاوز 1 أو 5 ملليمتر. وبدلاً من ذلك، إذا تجنبت وسيط السيليكون وبقيت مع حزمة عضوية (الشكل 10 بالأسفل)، مثل حزمة شرائح الوجه، فإن كثافة الآثار تكون أقل بمقدار 5X إلى 10X. ومع ذلك، يمكن أن يكون سمك الأسلاك أكثر من 5X إلى 25X. وهذه ميزة كبيرة، لأن مقاومة الأسلاك ستنخفض بمقدار مربع سمك الأسلاك. يرتفع المقطع العرضي لهذا السلك بمقدار مربع ذلك السلك، وبالتالي تنخفض المقاومة بشكل ملحوظ. إذا كانت كثافتها أقل بـ XNUMX مرات، فهذا يعني أنه يمكنك تشغيل الإشارات أكثر بـ XNUMX مرة تقريبًا.

بالنسبة لبعض الأشخاص، يتعلق الأمر بعرض النطاق الترددي لكل ملليمتر. يقول كينت ستان، المدير الأول لهندسة الأجهزة في شركة "إذا كان لديك ناقل متوازي، أو واجهة متوازية عالية السرعة، وتريد عرض النطاق الترددي لكل ملليمتر، فمن المحتمل أن تختار وسيطًا من السيليكون". سينوبسيس""مجموعة الحلول"" "إن الركيزة العضوية منخفضة الخسارة ومنخفضة التكلفة، ولكنها لا تتمتع بالكثافة. وفي المنتصف، هناك مجموعة من الحلول التي تحقق بعضًا من ذلك، ولكن ليس بنفس التكلفة.

هناك أسباب أخرى لاختيار مادة الركيزة أيضًا. يقول مانويل موتا، كبير مديري المنتجات في مجموعة حلول سينوبسيس: "يأتي مُتدخل السيليكون من أحد المسبك، لذا فإن توفره يمثل مشكلة". "تواجه بعض الشركات تحديات في الحصول على الحزم المتقدمة بسبب استهلاك الطاقة الاستيعابية. من خلال الانتقال إلى تقنيات أخرى ذات كثافة عرض نطاق ترددي أقل قليلًا، ولكن ربما تكون كافية لتطبيقك، يمكنك العثور عليها في مكان آخر. لقد أصبح هذا جانبًا حاسمًا.

ومع ذلك، فإن كل هذه التقنيات تتقدم بسرعة. يقول بارك: "يبلغ الحد الأقصى للشبكية حوالي 858 ملم مربع". "يتحدث الناس عن المتدخلين الذين ربما يكون حجمهم أربعة أضعاف هذا الحجم، ولكن لدينا شرائح أكبر بكثير. تقترب بعض الركائز الخشبية القادمة من اليابان من نفس مستوى كثافة الترابط الذي يمكننا الحصول عليه من السيليكون. أنا شخصياً أرى المزيد من الدفع نحو الركائز العضوية. تستخدم تقنية Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS) من TSMC وسيطًا من السيليكون، وهي التكنولوجيا المفضلة منذ حوالي 12 عامًا. ومؤخرًا، قدموا CoWoS-R، الذي يستخدم فيلم البولياميد، وهو أقرب إلى نوع عضوي من الركيزة. الآن نسمع الكثير عن ركائز الزجاج.

مع مرور الوقت، قد ينمو إجمالي العقارات داخل الحزمة. ويضيف بارك: "ليس من المنطقي أن تستمر المسابك في بناء أشياء بحجم لوحة دائرة مطبوعة مقاس 30 بوصة". "هناك مواد قادرة على التعامل مع التصاميم الأكبر. حيث نحتاج حقًا إلى الكثافة هو الموت للموت. نريد تلك الشرائح الصغيرة بجوار بعضها البعض، بطول بضعة ملليمترات من الترابط. نريد الأشياء قصيرة جدًا. لكن الباقي هو مجرد توزيع للإدخال/الإخراج بحيث يتصل بلوحة PCB."

ولهذا السبب تحظى الجسور بشعبية كبيرة. يقول ستان من سينوبسيس: "إننا نرى تقدمًا في الجسور للجزء عالي السرعة من الواجهة". "الجانب الخلفي منه سيكون مروحيًا، مثل RDL fanout. نحن نرى أن حزم RDL ستكون أشبه بالحزم التقليدية في المستقبل.

يقدم المتدخلون قدرات إضافية. يقول بارك: "اليوم، 99% من المتدخلين سلبيون". "لا توجد نهاية أمامية للخط، ولا توجد طبقات للجهاز. إنها النهاية الخلفية البحتة لمعالجة الخط. أنت تضيف ثلاث، أربع، خمس طبقات معدنية إلى هذا السيليكون. وهذا ما نسميه المتدخل السلبي. إنها مجرد إنشاء هذا الارتباط المتبادل الذي يموت للموت. ولكن هناك أشخاصًا يأخذون هذا النرد ويجعلونه وسيطًا نشطًا، ويضيفون المنطق إلى ذلك بشكل أساسي.

يمكن أن يحدث ذلك لأغراض مختلفة. يقول موتا: "لقد رأيت بالفعل بعض الشركات تقوم بتدخلات نشطة، حيث تضيف إدارة الطاقة أو بعض منطق التحكم". "عندما تبدأ في وضع دوائر نشطة على المتدخل، هل لا يزال التكامل 2.5D، أم أنه يصبح تكاملًا ثلاثي الأبعاد؟ لا نرى اتجاهًا كبيرًا نحو المتدخلين النشطين اليوم.

ولكن هناك بعض القضايا الجديدة. يقول ستان: "عليك أن تأخذ في الاعتبار عدم تطابق معاملات التمدد الحراري (CTE)." "يحدث هذا عندما يتم ربط مادتين لهما CTEs مختلفة معًا. لنبدأ مع المتدخل السيليكون. يمكنك الحصول على أنظمة ذات طاقة أعلى، حيث يمكن لـ SoCs التحدث مع أقرانها، ويمكن أن يستهلك ذلك الكثير من الطاقة. لا يزال يتعين على المتدخل السيليكوني أن يدخل في العبوة. توجد حالات عدم تطابق CTE بين السيليكون ومادة العبوة. ومع الجسر، فإنك تستخدمه حيثما تحتاج إليه، ولكنه لا يزال عبارة عن قالب من السيليكون. يجب عليك إجراء التحليل الميكانيكي الحراري للتأكد من أن الطاقة التي تقدمها، وعدم تطابق CTE الذي لديك، يؤدي إلى نظام قابل للتطبيق.

في حين أن أطوال الإشارة من الناحية النظرية يمكن أن تصبح أطول، فإن هذا يطرح بعض المشاكل. يقول ماستروياني: "عندما تقوم بإجراء تلك الاتصالات الطويلة داخل الشريحة، فإنك عادةً ما تحدد هذه المسارات ببضعة ملليمترات، ثم تقوم بتخزينها مؤقتًا". "المشكلة في المتدخل السلبي المصنوع من السيليكون هي عدم وجود مخازن مؤقتة. يمكن أن تصبح هذه مشكلة خطيرة حقًا. إذا كنت بحاجة إلى إجراء تلك الاتصالات، فأنت بحاجة إلى التخطيط لها بعناية فائقة. وتحتاج إلى التأكد من قيامك بتشغيل تحليل التوقيت. عادةً، لن يقوم رجال الحزمة الخاصة بك بإجراء هذا التحليل. هذه مشكلة تم حلها من خلال تحليل التوقيت الثابت بواسطة مهندسي السيليكون. نحن بحاجة إلى تقديم تدفق STA والتعامل مع جميع عمليات الاستخراج التي تتضمن آثارًا من النوع العضوي والسيليكون، وتصبح مشكلة جديدة. عندما تبدأ في الدخول في بعض هذه الآثار الطويلة جدًا، فإن تأخيرات توقيت RC البسيطة، والتي يتم افتراضها في حاسبات تأخير STA العادية، لا تأخذ في الاعتبار بعض الحث والحث المتبادل بين تلك الآثار، لذلك يمكنك الحصول على مشكلات خطيرة في الدقة لتلك الآثار الطويلة."

المتدخلون النشطون يساعدون. يقول سوينن: "باستخدام المتدخلين النشطين، يمكنك التغلب على بعض مشكلات المسافات الطويلة عن طريق وضع مخازن مؤقتة أو مكررات الإشارة". "ثم تبدأ في الظهور وكأنها شريحة مرة أخرى، ولا يمكنك القيام بذلك إلا على السيليكون. لديك تقنية EMIB من شركة Intel، حيث قاموا بدمج شريحة صغيرة في الوسيط وهذا بمثابة جسر نشط. تتحدث الشريحة مع شريحة EMIB، وكلاهما يتحدثان إليك من خلال شريحة الجسر النشطة الصغيرة هذه، وهي ليست وسيطًا نشطًا تمامًا، ولكنها تعمل تقريبًا مثل وسيط نشط.

ولكن حتى المكونات السلبية تضيف قيمة. يقول ماستروياني: "أول ما يتم فعله هو تضمين مكثفات الخندق في الوسيط". "وهذا يمنحك القدرة على القيام ببعض عمليات الفصل الجيدة، حيثما يكون ذلك ضروريًا، بالقرب من القالب. إذا قمت بوضعها على اللوحة، فإنك تفقد الكثير من الفوائد للواجهات عالية السرعة. إذا تمكنت من الحصول عليها في المتدخل، الموجود أسفل المكان الذي توجد فيه إشارات السرعة سريعة التبديل، فيمكنك الحصول على بعض الفصل الموضعي.

بالإضافة إلى المواد المختلفة، هناك سؤال حول من يصمم المتدخل. يقول مات كومينز، المدير الأول لإدارة المنتجات في شركة Ansys: "يبدو أن الصناعة تنظر إلى الأمر باعتباره ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغيرًا في سياق من يقوم بالتصميم". "يتم تصميم المتدخلين عادة من قبل مهندسي التعبئة والتغليف، على الرغم من أنها عمليات السيليكون. وهذا ينطبق بشكل خاص على تلك عالية الأداء. يبدو الأمر غير بديهي، لكن لديهم خلفية سلامة الإشارة، لقد قاموا بتصميم خطوط النقل وتقليل عدم التطابق في الوصلات البينية. يعمل مصمم IC التقليدي من وجهة نظر المكونات. ومن المؤكد أن الصناعة تخبرنا أن الأشخاص الذين يتم تعيينهم للقيام بأعمال التصميم هذه هم نوع من الشخصيات.

الطاقة
هناك بعض الاختلافات الكبيرة في التوجيه بين مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والوسطاء. يقول آندي هينيغ، رئيس قسم الإلكترونيات الفعالة في شركة "إن توجيه المتداخل أسهل بكثير، حيث يتم تقليل عدد المكونات بشكل كبير مقارنة بلوحة PCB". فراونهوفر IIS / EAS. "من ناحية أخرى، فإن شبكة الطاقة الموجودة على المتدخل أكثر تعقيدًا بسبب المقاومة العالية للطبقات المعدنية وحقيقة أن شبكة الطاقة مقطوعة بواسطة أسلاك الإشارة. يعد توجيه واجهة القالب أكثر تعقيدًا بسبب كثافة التوجيه.

يبدو توصيل الطاقة مختلفًا جدًا. يقول بارك: "إذا نظرت إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإنهم يضعون مناطق صب المعدن الكبيرة هذه مدمجة في الطبقات، ويقومون بإفراغ المناطق التي تحتاج الأشياء إلى المرور من خلالها". "أنت تضع مجموعة من النحاس ثم تفرغ الآخرين. لا يمكننا بناء وسيط بهذه الطريقة. يتعين علينا إيداع الوصلة البينية، وبالتالي فإن هياكل الطاقة والأرضية الموجودة على وسيط السيليكون ستبدو أشبه بشريحة رقمية. لكن الإشارة ستبدو أشبه بثنائي الفينيل متعدد الكلور أو الحزمة المصفحة."

يبدو التوجيه أشبه بثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر من كونه شريحة. يضيف بارك: "سترى أشياء مثل قطرات الدموع أو الشرائح حيث يتم الاتصال بلوحة أو عبرها لإنتاج عائد أفضل". "تتوافق أنماط التوجيه اليوم مع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر من توافقها مع الدوائر المتكاملة الرقمية، حيث يكون لديك زوايا متعامدة بمقدار 90 درجة وقنوات توجيه نظيفة. بالنسبة إلى المتداخلين، سواء أكانوا من السيليكون أو العضوي، غالبًا ما يكون المسار أكبر من السلك، وهي مشكلة كلاسيكية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. إن أجهزة التوجيه، إذا كنا نتحدث عن الرقمية، هي مرة أخرى أشبه بلوحة PCB صغيرة أكثر من كونها نردًا.

يمكن أن تسبب TSV مشاكل أيضًا. يقول سوينن: "إذا كنت ستعاملها على أنها مربعة، فإنك تفقد الكثير من المساحة عند الزوايا". "أنت حقًا تريد 45 درجة حول تلك الأشياء. تعتبر أجهزة التوجيه السيليكونية تقليديًا مانهاتن، على الرغم من وجود تقليد طويل لتوجيه RDL، وهي الطبقة العليا حيث يتم توصيل النتوءات. لقد تم استخدام المطبات المثمنة أو المطبات المستديرة بشكل تقليدي، ثم توجيه 45 درجة. إنها ليست مرنة مثل توجيه ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولكن لديهم أجهزة توجيه طبقة إعادة التوزيع، كما أن لديهم بعض أجهزة التوجيه التي تأتي من الجانب المخصص الكامل والتي تتمتع بتوجيه نهري كامل.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://semiengineering.com/2-5d-integration-big-chip-or-small-pcb/