تفاصيل المدونة

وقد ظهر الكربيد السيليكوني (SiC) كمادة استراتيجية لجيل القادم من الإلكترونيات القوية وتغليف أشباه الموصلات المتقدمة.رقائق سي سي وجهاز SiC المتداخلغالبا ما تستخدم بشكل متبادل في المناقشات غير المتخصصة، فإنها تمثل مفاهيم مختلفة بشكل أساسي في سلسلة تصنيع أشباه الموصلات.هذه المقالة توضح علاقتهم من علم المواد، التصنيع، و منظور تكامل النظام، ويوضح لماذا مجموعة فرعية صغيرة فقط من رقائق SiC يمكن أن تلبي متطلبات مستوى المداخل.

1سيكو وافير: أساس المواد

رقاقة SiC هي رصيف بلوري مصنوع من كربيد السيليكون ، ويتم إنتاجه عادة من خلال نمو بلور نقل البخار الفيزيائي (PVT) والقطع اللاحق والطحن واللمع.

تتضمن الخصائص الرئيسية لوفحات SiC:

• النوع الكلي للبلورات: 4H-SiC ، 6H-SiC ، أو SiC شبه معزول

• قطرات نموذجية: 4 بوصات، 6 بوصات، و 8 بوصات فورمات الناشئة

• التركيز الأساسي على الأداء:

  • الخصائص الكهربائية (تركيز الناقل ، المقاومة)

  • كثافة العيوب (الأنابيب الدقيقة، الانحرافات في المستوى الأساسي)

  • مناسبة للنمو البيتاكسي

يتم تحسين رقائق SiC تقليديًا لتصنيع الأجهزة النشطة ، وخاصة في MOSFETs القوية ، وديودات Schottky ، وأجهزة RF.

في هذا السياق ، تعمل الوافر كمادة إلكترونية ، حيث تهيمن التوحيد الكهربائي ومكافحة العيوب على أولويات التصميم.

2مرفق سي سي: بنية وظيفية على مستوى التعبئة

المُدخّل الـ SiC ليس مادة خامة بل مكون هيكلي عالي الهندسةمنرقاقة سي سي

دورها مختلف بشكل أساسي:

• يعمل كدعم ميكانيكي، طبقة إعادة التوزيع الكهربائية، ومسار التوصيل الحراري

• وهو يتيح بنيات التعبئة والتغليف المتقدمة مثل 2.5D والتكامل غير المتجانس

• يجب أن يستوعب:

  • طرق المرور من خلال الركيزة (TSV)

  • طبقات إعادة التوزيع الدقيقة

  • التكامل المتعدد الشريحة و HBM

من منظور النظام ، فإن الوسيط هو العمود الفقري الحراري الميكانيكي ، وليس جهاز أشباه الموصلات النشط.

3لماذا لا تعني لوحة السيكس تلقائيًا أن تكون متداخلة

على الرغم من أن المداخلات SiC مصنوعة من رقائق SiC ،معايير الأداء تختلف بشكل جذري.

العديد من رقائق SiC التي تعمل بشكل جيد كهربائيا لا تلبي السطوح الميكانيكي ، وتحمل الإجهاد ، والتوافق عبر العملية المطلوبة لتصنيع المتداخل.

4تحويل التصنيع: من الوافر إلى المتداخل

تحويل رقاقة سيك إلى مدخل سيك ينطوي على العديد من العمليات المتقدمة:

• خفيفة الوافير إلى 100-300 ميكرومتر أو أقل

• نسبة شكل عالية عن طريق التشكيل (حفر بالليزر أو حفر البلازما)

• التلميع الجانبي المزدوج (DSP) لخامة السطح المنخفضة للغاية

• المعادن والملء

• تصنيع طبقة إعادة التوزيع (RDL)

كل خطوة تضخم عيوب الوافر الموجودة مسبقاً. يمكن أن تصبح العيوب المقبولة في رقائق الأجهزة نقاط بداية الفشل في هياكل الوسط.

هذا يفسر لماذا لا يمكن إعادة استخدام معظم رقائق SiC المتاحة تجارياً بشكل مباشر كمتداخلات.

5لماذا سي سي جذابة للمتدخلين رغم التحديات

على الرغم من ارتفاع التكلفة وصعوبة المعالجة ، يقدم SiC مزايا مقنعة على المداخلات السيليكونية:

• التوصيل الحراري: ~ 370 ∼ 490 W / m · K (مقارنة مع ~ 150 W / m · K للسيليكون)

• درجة مرونة عالية ، مما يتيح الاستقرار الميكانيكي في الدورة الحرارية

• موثوقية ممتازة في درجات الحرارة العالية، أمر بالغ الأهمية بالنسبة للحزم كثيفة الطاقة

بالنسبة لأنظمة GPU ومسرّعات الذكاء الاصطناعي ووحدات الطاقة، تسمح هذه الخصائص للجهاز المتداخل بالعمل كطبقة إدارة حرارية نشطة، وليس مجرد جسر كهربائي.

6التمييز المفاهيمي الذي يجب أن يتذكره المهندسون

نموذج عقلي مفيد هو:

رقاقة SiC = مادة إلكترونية
مُدخل SiC = مكون هيكلي على مستوى النظام

فهي مرتبطة بالتصنيع، ولكن منفصلة عن طريق الوظيفة، المواصفات، وفلسفة التصميم.

7الاستنتاج

العلاقة بين رقائق SiC و SiC interposers هي هرمية بدلاً من أن تكون معادلة.
في حين أن كل مقاطع SiC ينشأ من رقاقة SiC ، إلا أن الرقائق ذات الخصائص الميكانيكية والحرارية والسطحية الخاضعة للسيطرة الشديدة يمكن أن تدعم تصنيع مستوى المقاطع.

مع تقدم التعبئة والتغليف بشكل متزايد الأولوية الأداء الحراري جنبا إلى جنب مع التكامل الكهربائي،تمثل أجهزة التداخل السيكي تطورًا طبيعيًا لكن هذا يتطلب فئة جديدة من هندسة الوافرات، مميزة عن أساسات أجهزة الطاقة التقليدية.