מאמר אורח: המעבר הבלתי-נמנע למארזי שבבים תלת-מימדיים

22 יוני, 2022

יצרני השבבים הגיעו לקצה גבול יכולת המזעור של השבבים - כ-1.5 ננומטר - ומתקשים לעמוד בדרישות הלקוחות. הפתרון: מארזים מתקדמים. מאמר אורח מאת ד"ר עידו דולב ומני גנץ מחברת KLA ישראל

מאת: ד”ר עידו דולב (מימין) ומני גנץ, KLA ישראל

מארזים מתקדמים (Advanced Packaging) של שבבים הופכים בזמן האחרון לשלב חיוני בתהליכי הייצור והתכנון של מכשירים אלקטרוניים מורכבים. יש להם אפילו השפעה קריטית על הביצועים והיכולות של המכונית האוטונומית. מחקר שוק של חברת Mordor Intelligence מגלה שהיקף שוק המארזים המתקדמים מוערך בכ-24 מיליארד דולר בקירוב, וצפוי לרשום גידול שנתי של כ-8% בקירוב ולהגיע להיקף של כ-38 מיליארד דולר בשנת 2026. 

מהו תפקידם של המארזים המתקדמים? הם מאפשרים לאגד מספר רב של רכיבי חומרה זעירים בתוך מארז יחיד, ולהפוך אותם למערכת אלקטרונית אחת. זהו השלב הסופי בתהליך הייצור. אלא שיש להם השפעות עמוקות מאוד על המוצר המוגמר: לשיטת האריזה של השבבים ופרוסות הסיליקון יש השפעה על עוצמתם, רמת הביצועים והעלות של המערכת. היא גם משפיעה על הפונקציונליות של כל פרוסת סיליקון, ובהמשך גם על העלות והביצועים של המכשיר אלקטרוני כולו.

בזמן שטכנולוגיות חדשניות בתחומי מחשוב ענן, ביג דטה, בינה מלאכותית, מובייל וכלי רכב חשמליים ואוטונומיים, דורשות עוצמת עיבוד גוברת, יצרני השבבים הגיעו לקצה גבול יכולת המזעור של השבבים – כ-1.5 ננומטר – ומתקשים לעמוד בדרישות הלקוחות. אחד הפתרונות לבעיה נמצא באמצעות הנחת הרכיבים (טרנזיסטורים) על-גבי פרוסות הסיליקון בצורה צפופה יותר מן המקובל,  אלא  שמזעור במישור הדו-מימדי מחייב ממערכות הייצור לספק רמת דיוק גבוהה יותר במדידה, ומהירות גבוהה יותר ברמת ניתוח האות ומעבר המידע. הדבר מסבך מאד את פעולת הייצור. 

המענה לדילמת חוק מור: שינוי במבנה המארז

לכן הפתרון היעיל ביותר לדילמה הזאת הוא באמצעות שינוי מבנה המארז ומעבר למארזים מתקדמים תלת מימדיים (מעבר מארכיטקטורת דו-מימד לתלת-מימד). טכניקת המארזים המתקדמים מבוססת על הדבקה של מספר פרוסות סיליקון (שתיים-שלוש) זו לצד זו, ואף הדבקה לגובה עד לסדר גודל של כמה מאות שכבות. המבנה הרב–קומתי מאפשר ליצור פתרונות שמתבססים על אופטימיזציה של מספר טכנולוגיות יחד. כך ניתן לשלב במארז אחד רכיבים שונים, כמו זכרונות, מעבדים, מעגלים אנלוגיים ועוד –  גם אם פותחו ויוצרו על-ידי יצרנים שונים. 

גבול המזעור  משפיע גם על ענף המעגלים המודפסים, ובמיוחד על היחידה המחברת בין השבבים ללוח המעגל המודפס. אם בעבר כל יחידה כזאת חיברה שבב אחד ללוח, הרי שהיום באמצעות טכנולוגית המארזים המתקדמים כל יחידה יכולה להכיל מספר שבבים, מסוגים שונים (זיכרון, לוג’יק, אנטנה וכו’) וכך מתקבלת יחידה אחת עם פונקציונליות מאד גבוהה. לוחות המעגלים המודפסים הללו משמשים היום מרכזי נתונים ושרתי G5 ומשפרים עד מאד את הביצועים בתחומים המצריכים העברת כמויות גדולות של דאטה במהירות גבוהה. בעתיד, אנו צופים כי יחידות מתקדמות יותר ישולבו גם במחשבים שולחניים, מחשבים ניידים, ברכב האוטונומי ועוד.

הכותבים הם מנהל חטיבת מדידות אופטיות וסמנכ”ל השיווק בחטיבת המעגלים המודפסים של KLA   

Share via Whatsapp

פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס , צב"ד

פורסם בתגיות: KLA , מארזים מתקדמים