"전자 통합 기술"전면 분석-FanMei Strategic Metal Resources Ltd.

독 서 를 지도하 다

지금 국민 들 이 가장 관심 을 가지 고 가장 인기 있 는 단 어 를 뽑 으 려 면'집적 회로'가 반드시 높 은 표를 얻어 당선 되 어야 한다 고 생각 합 니 다!'목 을 조 르 는'사건 으로 집적회로 가 중국인 의 머리 위 에 걸 려 있 는'다 모 클 리 스 의 검'이 되 어 하루 도 해결 되 지 않 으 면 하루 도 편안하게 잠 을 잘 수 없다.전 국민 의 열정 이 높 아 지면 서 국가 도 일련의 조 치 를 취해 적극적으로 대응 했다.우선,집적 회로 가 드디어 1 급 학과 가 되 었 고 집적 회로 분야 에 대한 투자 도 날로 커지 고 있다.각 대학 교 는 연이어 집적 회로 대학 을 설립 했 고 난 징 은 집적 회로 대학 도 설립 했다.집적 회 로 는 전자 집적 기술 의 하나 에 속한다.그러면현재 의 전자 집적 기술 은 어느 정도 까지 발 전 했 습 니까?선진 적 인 전자 집적 기술 은 깨 알 크기 의 1 제곱 밀리미터 도 안 되 는 1 억 마리 이상 의 트랜지스터 를 집적 할 수 있 고,손톱 뚜껑 크기 의 칩 에 집 적 된 트랜지스터 의 수량 은 100 억 내지 그 이상 을 쉽게 초과 할 수 있 으 며,현재 지구 상의 총 인 구 는 80 억 명 에 불과 하 다.이 오리지널 글 은'전자 집적 기술'에 대해 전면적 인 해석 을 했 는데 독자 들 은 전자 집적(5+2)분류법,2D 집적,2D+집적,2.5D 집적,3D 집적,4D 집적,Cavity 집적,Planar 집적,총 7 가지 집적 방식 을 알 수 있다.
ELECTRONIC INTEGRATION TECHNOLOGY
전자 집성(5+2)분류법
전자 집성 기술 은 세 가지 차원 으로 나 뉘 는데 칩 의 집성,패 키 징 안의 집성,PCB 판 급 집성 으로 그 대표 기술 은 각각 SoC,SiP 와 PCB(SoP 또는 SoB 라 고도 부 를 수 있다)이다.
칩 의 집적 은 주로 2D 를 위주 로 하고 트랜지스터 는 평평 한 포장 형식 으로 웨이퍼 평면 에 집적 된다.마찬가지 로 PCB 의 집적 도 2D 위주 이 고 전자 부품 은 PCB 표면 에 평평 하 게 깔 려 있 기 때문에 둘 다 2D 집적 에 속한다.
한편,포장 안의 집적 에 대해 상황 이 복잡 해 야 하고 업계 에서 현재 전자 집적 의 분류 에 대해 통 일 된 공감 대 를 형성 하지 못 한 것 도 제 가 이 글 을 쓴 이유 중 하나 입 니 다.
집적 을 이해 할 때 사람들 은 보통 물리 구 조 를 통 해 판단 한다.오늘 우 리 는 전자 집적 기술 분류의 두 가지 중요 한 판단 거 리 를 제시한다.1.물리 구조,2.전기 연결(전기 연결).
이 두 가지 판례 를 통 해 우 리 는 전자 집성 을 7 가지 로 나 누 었 다.2D 집성,2D+집성,2.5D 집성,3D 집성,4D 집성,Cavity 집성,Planar 집성 이다.그 중 앞의 5 종 류 는 기 판 위 에 있 고 조립(Assembly)범주 에 속 하 며 뒤의 2 종 류 는 기 판 안에 있 고 기 판 제조(Fabrication)범주 에 속한다.그래서 이것 은(5+2)분류법 이 라 고 명명 되 었 다.다음 표 참조:
2D 통합
2D 집적 은 기 판 의 표면 수준 에 모든 칩 과 수 동 부품 을 장 착 하 는 집적 방식 을 말한다.
기 판(Substrate)상면 의 왼쪽 하단 을 원점 으로 하고 기 판 상면 에 있 는 평면 은 XY 평면,기 판 법 선 은 Z 축 으로 좌표 계 를 만든다.
물리 구조:모든 칩 과 무 원 부품 은 기 판 평면 에 설치 되 어 있 고 칩 과 무 원 부품 은 XY 평면 과 직접 접촉 하 며 기 판 의 배선 과 과 구멍 은 모두 XY 평면 아래 에 있다.전기 연결:모두 기 판 을 통과 해 야 합 니 다.
우리 가 가장 흔히 볼 수 있 는 2D 통합 기술 은 MCM,일부 SiP 와 PCB 에 응용 된다.
MCM(Multi Chip Module)멀 티 칩 모듈 은 여러 개의 누 드 칩 을 같은 기 판 에 고밀도 로 설치 해 하나의 완전한 부품 을 구성한다.
전통 적 인 패 키 징 분야 에서 모든 패 키 징 은 부속품 을 대상 으로 칩 서 비 스 를 제공 하고 칩,척도 확대 와 전기 연결 을 보호 하 는 역할 을 하 며 어떠한 집적 개념 도 없다.MCM 이 유행 하면 서 포장 에 집적 개념 이 생 겼 기 때문에 포장 도 본질 적 인 변화 가 생 겼 다.MCM 은 포장 의 개념 을 칩 에서 모듈,부품 또는 시스템 으로 바 꾸 었 다.
2D 가 통 합 된 SiP 는 공정 노선 과 MCM 이 매우 비슷 하 다.MCM 과 주요 한 차이 점 은 2D 가 통 합 된 SiP 규모 가 MCM 보다 크 고 독립 된 시스템 을 형성 할 수 있다 는 것 이다.먼저 유기 판 이나 고밀도 세라믹 기 판 을 만 든 뒤 이 를 바탕 으로 포장 과 테스트 를 한다.
2D 통합 설명도
또한 INFO 와 같은 FOWLP 기반 통합 은 기 판 없 이도 2D 통합 으로 귀 결 될 수 있다.
2D+통합
2D+집적 이란 전통 적 인 결합 선 을 통 해 연 결 된 칩 중첩 집적 을 말한다.칩 쌓 기 가 3D 가 아니 냐 는 질문 이 있 을 지 모 르 지만 왜 2D+집적 으로 정의 해 야 하 는가?
주로 다음 과 같은 두 가지 원인 을 바탕 으로 한다.1)3D 집적 은 현재 어느 정도 에 3D TSV 의 집적 을 통 해 개념 이 헷 갈 리 지 않도록 우 리 는 이런 전통 적 인 칩 을 2D+집적 으로 중첩 하 는 것 을 정의 한다.2)물리 적 구 조 는 3D 이지 만 전기 연결 은 모두 기 판 을 통과 해 야 한다.즉,먼저 결합 선 키 를 통 해 기 판 에 합 친 다음 에 기 판 에서 전기 연결 을 해 야 한다.이 점 은 2D 집적 과 동일 하 며 2D 집적 보다 구조 적 중첩 이 개 선 돼 봉 인 된 공간 을 절약 할 수 있어 2D+집적 이 라 고 한다.
물리 구조:모든 칩 과 수 동 부품 은 모두 XY 평면 위 에 위치 하고 일부 칩 은 기 판 에 직접 접촉 하지 않 으 며 기 판 의 배선 과 구멍 은 모두 XY 평면 아래 에 있다.전기 연결:모두 기 판 을 통과 해 야 합 니 다.
다음 그림 에서 보 여 준 몇 가지 집적 은 모두 2D+집적 에 속한다.
2D+통합 설명도
또한 PoP(Package on Package)류 의 집적 방식 에 대해 서도 물리 적 구조 와 전기 적 연결 에 따라 2D+집적 으로 귀결 할 수 있다.
2.5D 통합
2.5D 는 말 그대로 2D 와 3D 사이 에 있 는데 보통 2D 의 특징 도 있 고 일부 3D 의 특징 도 있 는 차원 을 말 하 는데 현실 에 2.5D 라 는 차원 이 존재 하지 않 는 다.
물리 구조:모든 칩 과 수 동 부품 은 XY 평면 위 에 있 고 적어도 일부 칩 과 수 동 부품 은 중개 층(Interposer)에 설치 되 어 있 으 며 XY 평면 위 에는 중개 층 의 배선 과 구멍 이 있 으 며 XY 평면 아래 에는 기 판 의 배선 과 구멍 이 있다.전기 연결:중개 층(Interposer)은 중개 층 에 있 는 칩 의 전기 연결 을 제공 할 수 있다.
2.5D 집적 의 관건 은 중개 층 인 터 포 스 터 에 있다.보통 몇 가지 상황 이 있다.1)중개 층 이 실리콘 연결 판 을 사용 하 는 지,2)중개 층 이 TSV 를 사용 하 는 지,3)다른 유형의 재질 의 연결 판 을 사용 하 는 지 여부 이다.실리콘 연결 판 에서 우 리 는 중개 층 을 통과 하 는 구멍 을 TSV 라 고 부 르 고 유리 연결 판 에 대해 우 리 는 TGV 라 고 부른다.
실리콘 중개 층 에 TSV 의 집적 이 있 는 것 은 가장 흔히 볼 수 있 는 2.5D 집적 기술 이다.칩 은 보통 MicroBump 와 중개 층 을 통 해 연결 되 고 중개 층 인 실리콘 기 판 은 Bump 와 기 판 으로 연결 되 며 실리콘 기 판 표면 은 RDL 배선 을 통 해 TSV 는 실리콘 기 판 상하 표면 전기 연결 의 통로 로 서 이런 2.5D 집적 은 칩 규모 가 비교적 크 고 인발 밀도 가 높 은 경우 에 적합 하 다.칩 은 일반적으로 플 립 칩 형식 으로 실리콘 기 판 에 설치 된다.
TSV 의 2.5D 통합 설명도 가 있 습 니 다.
실리콘 중개 층 에 TSV 가 없 는 2.5D 집적 구 조 는 일반적으로 아래 그림 에서 보 듯 이 면적 이 비교적 큰 누 드 칩 이 기 판 에 직접 설치 되 어 있다.이 칩 과 기 판 의 연결 은 Bond Wire 또는 Flip Chip 두 가지 방식 을 사용 할 수 있다.큰 칩 위 에 면적 이 크기 때문에 여러 개의 작은 누 드 칩 을 설치 할 수 있 지만 작은 칩 은 기 판 에 직접 연결 할 수 없다.그래서 중개 층(Interposer)을 삽입 하고 중개 층 위 에 여러 개의 누 드 칩 을 설치 해 야 한다.중개 층 에 RDL 배선 이 있어 칩 의 신 호 를 중개 층 의 가장자리 로 끌 어 낸 다음 에 Bond Wire 를 통 해 기 판 에 연결 할 수 있다.이런 중개 층 은 보통 TSV 가 필요 없 이 인 터 포 스 의 표면 에 있 는 배선 을 통 해 전기 적 으로 연결 되 고 인 터 포 스 는 Bond Wire 와 패 키 징 기 판 으로 연결된다.
TSV 없 는 2.5D 통합 설명도
현재 EDA 도 구 는 2.5D 집적 에 좋 은 지원 을 받 았 고 다음 그림 은 Mentor(Siemens EDA)에서 실 현 된 2.5D 집적 디자인 이다.
Siemens EDA 에서 실 현 된 2.5D 통합 디자인
3D 통합
3D 집적 과 2.5D 집적 의 주요 차이 점 은 2.5D 집적 은 중개 층 인 터 포 스 터 에서 배선 과 구멍 을 뚫 는 것 이 고 3D 집적 은 칩 에 직접 구멍 을 뚫 는 것(TSV)과 배선(RDL),전기 연결 상하 층 칩 이다.
물리 구조:모든 칩 과 수 동 부품 은 XY 평면 위 에 위치 하고 칩 이 쌓 여 있 으 며 XY 평면 위 에 칩 을 통과 하 는 TSV 가 있 고 XY 평면 아래 에 기 판 의 배선 과 구멍 이 있다.전기 연결:TSV 와 RDL 을 통 해 칩 을 직접 전기 로 연결 합 니 다.
3D 집적 은 대부분 같은 종류의 칩 적층 에 적용 되 며,같은 칩 여러 개가 수직 으로 쌓 여 있 으 며,칩 을 통 해 쌓 인 TSV 를 통 해 상호 연결 되 어 있다.아래 그림 과 같다.동종 칩 집적 은 대부분 D 램 Stack,FLASH Stack 등 메모리 집적 에 적용 된다.
동종 칩 의 3D 집적 설명도
동종 칩 이 아 닌 3D 집적 에 서 는 일반적으로 두 종류의 서로 다른 칩 을 수직 으로 쌓 아 TSV 일 렉 트릭 을 통 해 연결 하고 아래 기 판 과 연결 하 며,때로는 칩 표면 에 RDL 을 만들어 상하 층 TSV 를 연결 해 야 한다.
서로 다른 칩 의 3D 집적 설명도
현재 EDA 도 구 는 3D 통합 에 좋 은 지원 을 받 았 고 다음 그림 은 Mentor(Siemens EDA)에서 실 현 된 3D 통합 디자인 이다.
Siemens EDA 에서 실 현 된 3D 통합 디자인
4D 통합
앞에서 2D,2D+,2.5D,3D 집성,4D 집성 은 어떻게 정의 합 니까?
앞에서 소개 한 몇 가지 집적 중에서 모든 칩(Chip),중개 판(interposer)과 기 판(Substrate)은 3 차원 좌표계 에서 Z 축 이 수직 으로 위로,즉 모든 기 판 과 칩 이 평행 으로 설치 되 어 있다.4D 통합 에 서 는 이런 상황 이 바 뀌 었 다.
서로 다른 기 판 에 있 는 XY 평면 이 평행 하지 않 을 때,즉 서로 다른 기 판 의 Z 축 방향 이 오프셋 되 었 을 때,우 리 는 이러한 집적 방식 을 4D 집적 으로 정의 할 수 있다.물리 구조:여러 개의 기 판 은 비 평행 방식 으로 설치 되 고 모든 기 판 에는 부품 이 설치 되 어 있 으 며 부품 의 설치 방식 이 다양 하 다.전기 연결:기 판 간 에 연성 회로 나 용접 을 통 해 연결 되 고 기 판 에 있 는 칩 전기 연결 이 다양 합 니 다.
강 유 기 판 기반 4D 통합 설명도
기밀 성 세라믹 4D 집성 설명도
4D 집적 정 의 는 주로 여러 개의 기 판 의 방위 와 상호 연결 방식 에 관 한 것 이기 때문에 4D 집적 에 도 2D,2D+,2.5D,3D 의 집적 방식 이 포함 된다.
4D 집적 기술 을 통 해 평행 3 차원 중첩 이 해결 할 수 없 는 문 제 를 해결 하고 더 많 고 유연 한 칩 설치 공간 을 제공 하여 고성능 칩 의 냉각 문제 와 항공 우주,군수 등 분야 응용 에서 가장 주요 한 기밀 성 문 제 를 해결 할 수 있다.현재 EDA 도 구 는 4D 통합 에 도 좋 은 지원 을 하고 있 습 니 다.다음 그림 에서 보 듯 이 Mentor(Siemens EDA)에서 실 현 된 4D 통합 디자인 입 니 다.
Siemens EDA 에서 실 현 된 4D 통합 디자인
4D 집적 기술 은 집적 의 유연성 과 다양 화 를 향상 시 키 고 미래 를 전망 하 며 SiP 의 집적 방식 에서 4D 집적 기술 이 반드시 자 리 를 잡 을 것 이 며 2D,2D+,2.5D,3D 집적 기술 에 이 어 중요 한 집적 기술 이 될 것 이다.
엄격 한 물리 적 의미 에서 볼 때 기 존의 인류 인지 에서 출발 하여 모든 물 체 는 3 차원 이 고 2 방향 포일 은 존재 하지 않 으 며 4 차원 공간 은 더욱 고증 해 야 한다.다양한 집적 방식 을 쉽게 구분 할 수 있 도록 2D,2D+,2.5D,3D,4D 등 5 가지 집적 방식 으로 나 누 었 다.
Cavity 통합
캐 비 티 캐 비 티 는 기 판 에 열 린 구멍 홈 으로 모든 판 층 을 통과 하지 않 는 다.캐 비 티 는 개방 식 일 수도 있 고 내부 공간 에 밀 폐 된 캐 비 티 일 수도 있 습 니 다.캐 비 티 는 1 급 캐 비 티 일 수도 있 고 다단 계 캐 비 티 일 수도 있 습 니 다.이른바 다단 계 캐 비 티 는 한 캐 비 티 의 내부 에서 캐 비 티 를 파 서 한 단계 씩 축소 하 는 것 입 니 다.마치 도시 중의 침하 광장 과 같 습 니 다.
다단 계 캐 비 티 설명도
투입 식 캐 비 티 설명도
캐 비 티 구 조 를 통 해 결합 선의 안정성 을 향상 시 키 고 세라믹 패 키 징 의 기밀 성 을 강화 하 며 캐 비 티 구 조 를 통 해 양면 에 부품 을 설치 할 수 있다.
캐 비 티 구 조 를 통 해 결합 선 안정성 을 높이다.
캐 비 티 구조 양면 을 통 해 부품 을 설치 하 다.
Planar 통합
Planar 집적 기술 은 평면 매 립 기술 이 라 고도 하 는데 특수 한 재 료 를 통 해 저항,커 패 시 터,인덕턴스 등 평면 화 된 수 동 부품 을 만 들 고 기 판 표면 이나 기 판 에 박 힌 판 층 간 에 인쇄 하 는 기술 이다.
저항,커 패 시 터,인덕턴스 등 무 원 부품 을 디자인 과 공정 의 결합 을 통 해 식각 또는 인쇄 방법 으로 무 원 부품 을 기 판 표층 또는 내부 에 만들어 기 판 표면 에 용접 이 필요 한 무 원 부품 을 대체 하여 유 원 칩 의 구조 공간 과 배선 의 자 유 를 높 인 다.이런 방법 으로 제 작 된 저항,커 패 시 터,인덕턴스 는 기본적으로 높이 가 없다.기 판 두께 에 영향 을 주지 않 습 니 다.
7 가지 집적 기술 총결산
다음 표를 통 해 우 리 는 전자 통합 기술 을 종합 하여 물리 구조 와 전기 연결 두 가지 지 표를 통 해 7 가지 통합 기술 을 분류 하고 도 례 를 통 해 그 전형 적 인 구 조 를 살 펴 본다.
다음 그림 에서 우 리 는 7 가지 통합 기술 을 하나의 디자인 에 모 아 그들 을 크게 만 들 었 다.기 판 의 표면 은 왼쪽 에서 오른쪽으로 각각 2D,2D+,2.5D,3D,4D 다섯 가지 집적 이 고 기 판 내부 에는 Cavity 와 Planar 두 가지 집적 이 포함 되 어 있다.
오늘 우 리 는 물리 구조 와 전기 연결 두 가지 판례 에서 7 가지 전자 집성 기술 을 총 결 하 였 다.여기까지 쓰 고 보 니 7 이 신기 한 숫자 라 는 것 을 알 게 되 었 습 니 다.7 자의 노래,건 안 7 자,죽림 7 현,칠 채 윈 난,7 색 빛,빨간색,주황색,노란색,파란색,보라색..................................................................................................본인 의 모교 도 그 중 에 있다.
총결산
1)이 글 에서 묘사 한 7 가지(5+2)집적 기술:그 중에서 2D+집적 과 4D 집적 개념 은 본인 이 처음으로 제기 한 것 으로 아직 업계 의 공감 대가 되 지 않 았 다.
2)Cavity 통합 Planar 는 업계 에 통합 되 어도 다른 통합 과 함께 분류 되 지 않 고 제 가 다른 5 가지 통합 기술 과 연결 시 켰 습 니 다.
3)7 가지 집적 기술 중에서 2D,2.5D 와 3D 는 비교적 성숙 한 표현법 이지 만 세부 적 인 구분 에 있어 서로 다른 사람들 도 서로 다른 견 해 를 가진다.예 를 들 어 Interposer 에서 TSV 가 없 는 것 이 2 인지 아 닌 지 등 이다.