Deca Technologies – Partie 2: Modélisation adaptative
La conversation avec le directeur technique de Deca Technologies, Craig Bishop, a conclu la dernière colonne sur la discussion sur le passage au traitement au niveau du panel. Cela nous a mis au courant de l’histoire de l’entreprise.
L’histoire de Deca fournie par Craig Bishop était excellente, mais sa passion personnelle est plus tournée vers l’avenir. Bishop a été recruté pour développer quelque chose appelé «modelage adaptatif».
Une fois que Deca a cédé ses activités de fabrication aux Philippines (aux Nepes de Corée), davantage d’efforts pourraient être consacrés au développement du traitement au niveau des panneaux, en particulier à l’amélioration de la création de motifs.
Modélisation adaptative
Il n’est peut-être pas difficile d’imaginer quelques défis pour un emballage au niveau de la tranche car il passe de la taille de la tranche reconstituée de 300 mm à un emballage au niveau du panneau (PLP) à 600 mm carrés.
Peut-être que l’un d’entre eux pourrait être évident même pour une zone plus petite, et c’est le placement des matrices. Dans le flux de processus Deca, les puces sont placées en premier, puis une couche de redistribution (RDL) est ajoutée pour fournir des connexions entre les pastilles d’entrée et de sortie de la puce et les pastilles qui peuvent accepter les billes de soudure dimensionnées pour permettre au CI emballé de être assemblé dans un système de plus grandes dimensions.
Les lieux d’écoulement de la série Deca M meurent avant de former le RDL. L’autre option consiste à créer les motifs RDL sur un support avant de fixer la puce de circuit intégré isolée.
Les deux approches nécessitent généralement un placement de matrice de haute précision. Les motifs de masque du premier flux de puce nécessitent un alignement très serré sur les puces. Puisque les panneaux sont carrés, les calculs deviennent plus simples. 12 000 emballages de 6 mm sur 6 mm peuvent tenir sur une vitre. C’est beaucoup de placement très soigné, et cela entraîne un coût élevé d’outillage et un débit réduit pour atteindre la précision. Cela s’ajoute au coût par composant.
Inversement, dans le dernier flux de puce, on est moins contraint dans la configuration originale de RDL puisque le point de départ est une ardoise propre d’un porteur. Cependant, le placement de la puce doit faire correspondre les pastilles d’E / S à leurs emplacements respectifs sur RDL avec une précision comparable à celle du premier flux de conditionnement de la puce.
La fixation de matrice de haute précision est facilement la plus grande partie des dépenses d’investissement pour le processus au niveau du panneau. Deca l’estime à un peu plus de 18%. Dans leurs systèmes de modélisation adaptative, cela tombe au plus bas contributeur aux dépenses d’outillage à un peu plus de six pour cent.
Pour augmenter le débit et réduire le coût de placement des matrices, l’approche Deca consiste à utiliser un lanceur de puces. Il s’agit de la solution la plus rapide et la plus précise disponible. Alors qu’un flip chip bonder offre une précision supérieure à 10 µm, le lanceur de puces est uniquement dans la plage de ± 20 µm. Mais il peut empiler les copeaux à 28 000 par heure pour un outil à deux têtes, 20 buses par tête. Comme nous l’avons vu dans la partie 1, Deca a tiré parti de l’outillage de la fabrication de circuits imprimés (PCB).
Les puces sont placées, mais pas idéalement. Et ensuite?
La réponse est la lithographie sans masque par modelage direct au laser. Deca se vante d’être la première entreprise d’emballage à utiliser cette technologie qu’elle a réduite à partir de la fabrication de PCB.
L’hypothèse est que l’emplacement exact des pastilles d’E / S sur la puce est inconnu. Le système localise la matrice une fois qu’elle est attachée à un substrat porteur. le système Deca effectue un balayage à grande vitesse pour cartographier les emplacements cibles. Un système logiciel de conception qui adapte les emplacements aléatoires pour créer des modèles RDL qui se déplacent pour les accueillir.
Les tampons de matrice sont situés au hasard ou du moins pas précisément alignés sur un point fixe. Le motif de balle d’emballage a une spécification et chaque site de balle a un emplacement fixe pour répondre à la spécification.
Quelque chose doit donner.
La première tentative consiste à modifier le routage de la trace du pavé BGA au pavé E / S. Cela peut faire l’affaire. Si ce n’est pas le cas, la contrainte sur un tampon à bille de soudure de boîtier est beaucoup plus lâche que pour un tampon à puce qui est au moins d’un ordre de grandeur plus petit. Le pad BGA peut également être déplacé si nécessaire. Ces deux adaptations permettent des outils de placement de puces avec une précision de placement réduite allant jusqu’à ± 25 µm au lieu d’une configuration RDL conventionnelle basée sur un masque nécessitant jusqu’à ± 2 µm.
Un point à garder à l’esprit en comparant cette approche à celle dans laquelle les puces sont placées aussi précisément que possible est l’effet du processus d’encapsulation. Le composé de moule époxy liquide affectera la position finale de la matrice tout au long du processus de durcissement. La configuration adaptative gère facilement cette erreur de position.
Comme pour la plupart des nouvelles approches des anciens problèmes, il y a des éléments convaincants qui doivent se produire. Pour les ingénieurs qui ont soigneusement conçu et simulé le routage pour inclure des effets électromagnétiques sensibles et autres, vous pouvez vous attendre à un choc pur et à la consternation que les traces puissent se déplacer pendant la fabrication.
J’ai demandé à Craig si les gens analogiques et RF allaient même jusqu’à entretenir cette idée. Pour la signalisation numérique à haute vitesse, Craig Bishop nous assure que la variation de substrat submerge complètement tout effet introduit par la configuration adaptative.
Selon Bishop, «les designers doivent savoir entrer.»
Pensée 10X
Bien sûr, tout dans le monde de l’ingénierie des compromis a un coût. La modélisation adaptative Deca met à rude épreuve le débit de données pour améliorer le débit de fabrication.
Étant donné que la matrice et chaque emplacement de tampon doivent être mappés, garder les choses en mouvement tout au long de la production signifie obtenir des images acquises et traitées rapidement.
C’est un grand défi. Le panneau complet doit être imagé et ces images traitées pour l’identification des pastilles d’E / S cibles. Le système concevra ensuite le routage pour qu’il corresponde correctement aux positions physiques des pads.
Le système de création de motifs adaptatifs contient un seul fichier de conception pour une tranche complète de 300 mm. Un nouveau est conçu et exposé toutes les 28 secondes.
C’est plus de données, mais cela s’adapte assez facilement à des panneaux de 600 mm, du moins par rapport à toute la conception mécanique et à la manipulation. Passer à 600 mm signifie traiter 257 gigapixels par seconde. Le système de traitement des données créé par Deca traitera jusqu’à 2,8 téraoctets de données par minute.
Activer l’âge du chiplet
Le coût a conduit l’innovation pour assouplir les contraintes de placement des puces, mais la structuration adaptative peut désormais conduire la transition vers les puces. Après tout, s’il y avait un défi pour un panneau d’un seul type de matrice, le mélange et l’appariement pour créer des systèmes dans un package est certainement un pas au-delà.
Avec la technologie de processus de plaquette confrontée à ce qui s’avère être des problèmes insolubles de mise à l’échelle, le nouveau mantra est «Plus que Moore» ou MTM. L’intégration et la mise à l’échelle doivent maintenant avoir lieu au-delà de la conception de système sur puce, et nous devons regarder en dehors de la fabrication de plaquettes.
La configuration adaptative a donné un chemin à 600 mm en supprimant les coûts importants. Désormais, il peut également continuer à stimuler les tendances de mise à l’échelle de l’industrie en poussant les puces vers une production plus large. Deca pense que la véritable puissance de ses systèmes de deuxième génération fera exactement cela.
Sur cette voie, Deca a démontré des packages de niveau panneau intégrant neuf puces via un système de trois niveaux de RDL.
Il n’est pas difficile de réaliser ce que l’évolutivité du très grand traitement de paquets de panneaux de conceptions de puces hautement intégrées permettra d’atteindre dans le contexte de ce que nous avons déjà vu.
Malgré les contraintes de conception et de fabrication, AMD a pris de l’avance avec les conceptions de puces en utilisant une approche de substrat conventionnelle. Dans la plupart des cas, AMD semble avoir réussi avec son approche chiplet sur deux générations de microprocesseurs chiplet.
Il y a des avantages à passer du système sur puce au format chiplet. Et ce serait dans des circonstances normales. Le monde n’a pas été normal depuis un certain temps, et il l’est moins dans le secteur des semi-conducteurs.
La disponibilité avancée des nœuds est un problème pour tout client en dehors des deux premiers. Les grandes entreprises sans usine voient beaucoup de risques, même en étant le deuxième consommateur de plaquettes d’une fonderie.
Comme Craig Bishop le voit, les entreprises sont plus ou moins contraintes de jouer des chiplets. Le resserrement de la chaîne d’approvisionnement accélère la transition.
Pour revenir à AMD pendant une minute, les puces peuvent être intégrées sur des substrats avancés, mais Bishop a noté qu’un problème de chaîne d’approvisionnement existe actuellement pour les substrats.
Le traitement au niveau du panneau Deca et la flexibilité offerte par leur nouvelle technique de création de motifs adaptatifs semblent prêts à accélérer la révolution du chiplet. Le choix des outils et des matériaux de Deca pour leur processus devrait permettre aux choses de fonctionner correctement. Mais à l’ère de Covid-19, on ne peut jamais être trop sûr de la prochaine chaîne d’approvisionnement qui sera infectée.