Höjdpunkter från TSMC Technology Symposium 2021 – Packaging

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Det senaste TSMC Technology Symposium gav flera tillkännagivanden om deras avancerade förpackningserbjudanden.

Allmänt

3DFabric^TM

Förra året slog TSMC samman sina 2.5D- och 3D-paketerbjudanden till ett enda, omfattande varumärke – 3DFabric.

3D tyg

2.5D-paketteknik – CoWoS

2.5D-paketeringsalternativen är uppdelade i CoWoS- och InFO-familjerna.

Det "traditionella" chip-on-wafer-on-substratet med kiselmellanläggare för die-to-die redistribution layer (RDL)-anslutning firar sitt 10:e år av tillverkning av stora volymer.

CoWoS-R-alternativet ersätter den (dyra) kiselmellanläggaren som sträcker sig över omfattningen av 2.5D-formningsplaceringsområdet med ett organiskt substratmellanlägg. Avvägningen för CoWoS-R är den mindre aggressiva linjestigningen för RDL-förbindelserna – t.ex. 4um pitch på den organiska, jämfört med sub-um pitch för CoWoS-S.

Mellan alternativen för kisel –S och organiska –R interposer inkluderar TSMC CoWoS-familjen ett nyare tillägg, med en "lokal" kiselbrygga för (ultrakort räckvidd) sammankoppling mellan intilliggande formkanter. Dessa kiselskivor är inbäddade i ett organiskt substrat, vilket ger både USR-anslutningar med hög densitet (med snäv L/S-delning) och sammankopplings- och kraftfördelningsegenskaperna hos (tjocka) ledningar och plan på ett organiskt substrat.

Observera att CoWoS är betecknat som ett "chip last"-monteringsflöde, med formen fäst vid den tillverkade mellanläggaren.

2.5D-paketteknik – INFO

InFO använder (enkel eller flera) stansar på en bärare som sedan bäddas in i en rekonstituerad wafer av formmassa. RDL-sammankopplings- och dielektriska skikten tillverkas därefter på skivan, ett "chip-first" processflöde. Single-die InFO ger ett alternativ med högt bump-antal, med RDL-trådarna som sträcker sig utåt från formområdet - dvs en "fan-out" topologi. Som illustreras nedan inkluderar multi-die InFO-teknikalternativen:

- InFO-PoP: "paket-på-paket"
- INFO-oS: "InFO montering-på-substrat"

INFO alternativ

3D-paketeringsteknik – SoIC

3D-paketen är förknippade med SoIC-plattformen, som använder staplade formar med direkt bindning av kuddar, antingen ansikte mot ansikte eller ansikte mot baksida - betecknad som SoIC chip-on-wafer. Genom kiselvias (TSV) tillhandahåller anslutning genom en form i 3D-stacken.

SoIC-utvecklingsfärdplanen illustreras nedan – som ett exempel kommer N7-on-N7-formkonfigurationer att kvalificeras under 4Q21.

SoIC tsmc förpackning

Nya förpackningsteknikmeddelanden

Det var flera viktiga meddelanden vid årets symposium.

maximal förpackningsstorlek och RDL-förbättringar

Efterfrågan på ett större antal 2.5D-formar integrerade i ett enda paket driver behovet av RDL-tillverkning över ett större område, oavsett om det är på en mellanläggare eller den rekonstituerade wafern. TSMC har fortsatt att utöka "sömmen" av sammankopplingar förbi den maximala maskstorleken för enkelexponering. På samma sätt finns det ett behov av ytterligare RDL-lager (med aggressiv trådstigning).

Färdkartan för större paketstorlekar och RDL-lager inkluderar:

- CoWoS-S: 3X riktmedel (kvalificerad av YE'2021)
- CoWoS-R: 45X riktmedel (3X år 2022), 4 RDL-lager på det organiska substratet (W/S: 2um/2um), i tillförlitlighetskvalificering med en SoC + 2 HBM2-stackar
- CoWoS-L: testfordon i tillförlitlighetsbedömning vid 1.5X riktmedelsstorlek, med 4 lokala sammankopplingsbryggor mellan 1 SoC och 4 HBM2-stackar
- INFO_oS: 5X riktmedel (51 mm x 42 mm, på ett 110 mm x 110 mm paket), 5 RDL-lager (W/S: 2um/2um), för närvarande under tillförlitlighetsbedömning

Figuren nedan illustrerar en potentiell InFO_oS-konfiguration, med logisk matris omgiven av I/O SerDes-chiplets, till stöd för en höghastighets-/högradiks-nätverksswitch.

INFO oS förpackning tsmc

- InFO_B (nederst)

InFO_PoP-konfigurationen som visas ovan visar en InFO-enhet med en DRAM-modul fäst på toppen, med vias mellan DRAM- och RDL-sammankopplingsskikten.

TSMC ändrar detta InFO_PoP-erbjudande för att möjliggöra att (LPDDR DRAM)-paketsammansättningen kan slutföras hos en extern kontraktstillverkare/OSAT, ett alternativ som anges på InFO_B, som visas nedan.

INFO B

På motsvarande sätt har TSMC utökat "Open Innovation Platform" till att omfatta 3DFabric-partners kvalificerade för InFO_B slutmontering. (För närvarande är 3DFabrics partnerföretag: Amkor Technology, ASE Group, Integrated Service Technology och SK Hynix.)

- CoWoS-S "standardarkitektur" (STAR)

En utbredd designimplementering för CoWoS-S är integrationen av en enda SoC med flera HBM-stackar (High-Bandwidth Memory). Databussbredden mellan den logiska formen och HBM2E (2:a generationens) stackar är mycket stor – dvs 1024 bitar.

Utmaningarna med routing och signalintegritet för att ansluta HBM-stackarna till SoC via RDL är betydande. TSMC förser systemföretag med flera vanliga CoWoS-S-designkonfigurationer för att påskynda teknisk utveckling och scheman för elektrisk analys. Figuren nedan illustrerar några av de olika CoWoS-S-alternativen, från 2 till 6 HBM2E-stackar.

STJÄRNA

TSMC förväntar sig en hög användningsgrad av dessa standarddesignimplementeringar under 2021.

nya TIM-material

En tunn film av termiskt gränssnittsmaterial (TIM) inkorporeras vanligtvis i en avancerad förpackning för att hjälpa till att minska det totala termiska motståndet från den aktiva formen till den omgivande miljön. (För enheter med mycket hög effekt appliceras vanligtvis två TIM-materiallager – ett inre lager mellan formen och förpackningslocket och ett mellan förpackningen och kylflänsen.)

I motsvarighet till den ökade effektförlusten av större paketkonfigurationer, söker TSMC:s avancerade förpacknings-FoU-team nya interna TIM-materialalternativ, som visas nedan.

TIM färdplan

utökad tillverkningskapacitet för avancerad förpackning (AP).

I väntan på en ökad användning av det fulla komplementet av 3DFabric-förpackningar, investerar TSMC avsevärt i att utöka tillverkningskapaciteten för avancerade förpackningar (AP), som illustreras nedan.

AP kartpaketering tsmc