Chi tiết blog

Silicon carbide (SiC) đã nổi lên như là một vật liệu chiến lược cho thế hệ điện tử công suất tiếp theo và bao bì bán dẫn tiên tiến.Bánh SiC vàSiC interposerthường được sử dụng thay thế nhau trong các cuộc thảo luận không chuyên gia, chúng đại diện cho các khái niệm cơ bản khác nhau trong chuỗi sản xuất bán dẫn.Bài viết này làm rõ mối quan hệ của họ từ một khoa học vật liệu, sản xuất và hệ thống tích hợp quan điểm, và giải thích tại sao chỉ có một tập hợp nhỏ các tấm SiC có thể đáp ứng các yêu cầu ở cấp độ interposer.

1. SiC Wafer: The Material Foundation

SiC wafer là một chất nền tinh thể được làm bằng silicon carbide, thường được sản xuất thông qua sự phát triển tinh thể vận chuyển hơi (PVT) và cắt, nghiền và đánh bóng tiếp theo.

Các đặc điểm chính của miếng bạch cầu SiC bao gồm:

• Polytip tinh thể: 4H-SiC, 6H-SiC, hoặc SiC bán cách nhiệt

• Chiều kính điển hình: 4 inch, 6 inch và các định dạng 8 inch mới nổi

• Trọng tâm hiệu suất chính:

  • Tính chất điện (nồng độ chất mang, điện trở)

  • Mật độ khiếm khuyết (micropipes, trục trặc trên mặt phẳng cơ sở)

  • Thích hợp cho sự phát triển epitaxial

Các wafer SiC được tối ưu hóa để chế tạo các thiết bị hoạt động, đặc biệt là trong các MOSFET, đèn Schottky và các thiết bị RF.

Trong bối cảnh này, wafer phục vụ như một vật liệu điện tử, trong đó sự đồng nhất điện và kiểm soát khiếm khuyết chiếm ưu thế thiết kế.

2. SiC Interposer: Một cấu trúc chức năng ở mức bao bì

Một SiC interposer không phải là một nguyên liệu thô nhưng một thành phần cấu trúc kỹ thuật cao chế tạotừmột miếng bột SiC.

Vai trò của nó hoàn toàn khác nhau:

• Nó hoạt động như một hỗ trợ cơ học, lớp phân phối lại điện, và đường dẫn nhiệt

• Nó cho phép các kiến trúc đóng gói tiên tiến như 2.5D và tích hợp đa dạng

• Nó phải chứa:

  • Các đường thông qua nền (TSV)

  • Các lớp phân phối lại độ mờ (RDL)

  • Tích hợp đa chip và HBM

Từ quan điểm của hệ thống, interposer là một xương sống nhiệt cơ học, không phải là một thiết bị bán dẫn hoạt động.

3. Tại sao SiC Wafer không tự động có nghĩa là SiC Interposer

Mặc dù SiC interposers được sản xuất từ SiC wafers,Các tiêu chí hiệu suất khác nhau hoàn toàn.

Nhiều tấm SiC hoạt động tốt về mặt điện không đáp ứng được tính phẳng cơ học, dung nạp căng thẳng và khả năng tương thích qua quy trình cần thiết cho việc chế tạo interposer.

4Sự chuyển đổi sản xuất: Từ Wafer đến Interposer

Chuyển đổi một wafer SiC thành một interposer SiC liên quan đến nhiều quy trình tiên tiến:

• Làm mỏng wafer đến 100 ‰ 300 μm hoặc ít hơn

• Tỷ lệ diện tích cao thông qua hình thành (đào bằng laser hoặc khắc plasma)

• Sửa sơn hai mặt (DSP) cho độ thô bề mặt cực thấp

• Kim loại hóa và bằng cách lấp đầy

• Sản xuất lớp phân phối lại (RDL)

Mỗi bước khuếch đại các khiếm khuyết wafer đã tồn tại trước đó.

Điều này giải thích lý do tại sao hầu hết các tấm SiC có sẵn trên thị trường không thể được tái sử dụng trực tiếp làm chất can thiệp.

5Tại sao SiC lại hấp dẫn đối với những người can thiệp bất chấp những thách thức

Mặc dù chi phí cao hơn và khó xử lý, SiC cung cấp những lợi thế hấp dẫn so với các chất can thiệp silicon:

• Tính dẫn nhiệt: ~ 370 ~ 490 W / m · K (so với ~ 150 W / m · K cho silicon)

• Mô-đun đàn hồi cao, cho phép ổn định cơ học trong chu kỳ nhiệt

• Độ tin cậy ở nhiệt độ cao tuyệt vời, rất quan trọng đối với các gói năng lượng dày đặc

Đối với các hệ thống GPU, máy gia tốc AI và các mô-đun điện, các tính chất này cho phép thiết bị can thiệp hoạt động như một lớp quản lý nhiệt hoạt động, chứ không chỉ đơn thuần là một cây cầu điện.

6Một sự phân biệt khái niệm mà các kỹ sư nên nhớ

Một mô hình tinh thần hữu ích là:

SiC wafer = vật liệu điện tử
SiC interposer = thành phần cấu trúc cấp hệ thống

Chúng được kết nối bởi sản xuất, nhưng được tách biệt bởi chức năng, thông số kỹ thuật và triết lý thiết kế.

7Kết luận

Mối quan hệ giữa các tấm SiC và các chất can thiệp SiC là phân cấp hơn là tương đương.
Trong khi mọi chất can thiệp SiC bắt nguồn từ một miếng miếng SiC, chỉ có miếng miếng có tính chất cơ học, nhiệt và bề mặt được kiểm soát chặt chẽ mới có thể hỗ trợ chế tạo ở mức can thiệp.

Khi bao bì tiên tiến ngày càng ưu tiên hiệu suất nhiệt cùng với tích hợp điện,SiC interposers đại diện cho một sự tiến hóa tự nhiên nhưng một trong những đòi hỏi một lớp mới của kỹ thuật wafer, khác với nền thiết bị điện truyền thống.