Спец-ЭлектронКомплект

Новая научно-исследовательская лаборатория «Передовые технологии корпусирования и производства 3D икросистем» (НИЛ ТКПМ) создана на базе Института нано- и микросистемной техники (НМСТ) МИЭТ с целью проведения комплексных исследований и разработок в области технологий трехмерной интеграции электронной компонентной базы. Основным технологическим партнером лаборатории стал Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ), располагающий производственными помещениями с чистыми комнатами и современным технологическим оборудованием для сборки и монтажа широкого номенклатурного ряда микросхем.

Молодые ученые, технологи и конструктора лаборатории занимаются разработкой новых конструктивно-технологических решений для создания передовых технологий корпусирования микросхем и производства высокоинтегрированных 3D микросборок с оптимальными характеристиками: минимальными массогабаритными параметрами и одновременно высокими показателями функциональности, целостности сигналов, быстродействия и надежности. Разработанные технологии базируются на применении доступных в Российской Федерации материалов и оборудования микроэлектроники.

Корпусирование – «Больше, чем Мур»
Сегодня рынок корпусирования полупроводников, услуг по сборке и тестированию электроники, демонстрирует уверенный рост во всем мире. По данным агентства Bloomberg в 2021 году эти сегменты составили порядка 12% от общемирового рынка полупроводников, до 2029 года прогнозируется среднегодовой темп роста рынка корпусирования в 7.2%.

Современные технологии корпусирования тесно увязаны с проблемами миниатюризации электроники – их относят к перспективным подходам нового направления «Больше, чем Мур» (More than Moore), в ряду которых также создание систем на кристалле, трехмерная интеграция, создание систем в корпусе и гетерогенная интеграция. И если системы на кристалле (СнК) могут быть реализованы с помощью традиционных процессов полупроводникового производства, то трехмерные микросборки кристаллов предполагают интеграцию классических полупроводниковых технологий с процессами, характерными скорее для сборки и монтажа электроники – например, процессом формирования сквозных металлизированных отверстий в кремниевых и в стеклянных подложках (through glass via – TSV).

Из-за стремительного уменьшения топологических норм кристаллов и, как следствие, увеличения плотности размещения выходных контактных площадок на поверхности кристалла, в процесс корпусирования также начинают включать операции, применяемые в микроэлектронном производстве.

Решать задачу миниатюризации полупроводников можно не в лоб – долгим и затратным снижением топологических норм, проектированием и изготовлением сложных систем на кристалле. Альтернативное решение – объединение технологий корпусирования, сборки и монтажа бескорпусных микросхем, а также процессов изготовления прецизионных подложек с применением не самых затратных операций микроэлектронного производства.

«В России на сегодняшний момент отсутствуют собственные технологии корпусирования кристаллов на уровне пластины со встроенными кристаллами и слоями перераспределения, внедренные в производство, – объясняет руководитель НИЛ ТКПМ Денис Вертянов. – Высокоинтегрированные подложки для сложных корпусов микросхем, микросборок выпускались зарубежными компаниями из специализированных материалов. Технологии flip-chip, и в особенности беспроволочного и беспаячного монтажа теплонагруженных кристаллов с высокой плотностью, с большим количеством контактных площадок (на современных процессорах число контактов может быть более 9000), с обеспечением целостности сигналов и требуемой надежности только начинают активно разрабатываться. Находятся на уровне единичных экспериментальных исследований и технологии трехмерной интеграции ЭКБ, хотя именно эти технологии могут сократить массогабаритные параметры электронной компонентной базы без значительных затрат на разработку и производство новых типов кристаллов. Существуют проблемы и с комплексным, интегрированным подходом к проектированию сложных корпусов микросхем и 3D микросборок».

Направления разработок

Среди направлений исследований и разработок новой лаборатории – технологии корпусирования кристаллов СБИС, СнК, технологии создания гомогенных и гетерогенных трехмерных микросборок и систем в корпусе; технологии прецизионного беспроволочного монтажа многовыводных бескорпусных микросхем с теплоотводящими элементами (процессоров, память, ПЛИС, СнК); технологии корпусирования чувствительных элементов МЭМС и сенсоров; методы повышения надежности сварных микропроволочных и паяных соединений бескорпусных микросхем; технологии производства высокоинтегрированных интерпозеров с TSV; методология проектирования 3D микросборок и систем в корпусе с мультифизическим моделированием и интеграцией с PLM-системами.

Для индустриальных партнеров, ЗНТЦ и Завода «Протон», разрабатываются технологии, которые планируется внедрить в производство: в ЗНТЦ – технология высокоинтегрированного монтажа бескорпусных микросхем внутри подложки, на Заводе «Протон» – технология производства гетерогенных 3D вычислительных микросистем.

В интересах отечественных дизайн-центров и промышленных предприятий выполняется целый ряд исследований и разработок. Одна из самых значимых задач связана с разработкой новых конструктивно-технологических решений для корпусирования многоядерных высокопроизводительных процессоров российского цикла производства. Новые технологические решения предполагается применить при корпусировании на сборочном производстве ЗНТЦ.

Источник