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सबसे उन्नत नोड पर चिप्स विकसित करने की बढ़ती लागत और जटिलता कई चिप निर्माताओं को कई हिस्सों में उस चिप को तोड़ने के लिए मजबूर कर रही है, जिनमें से सभी को अग्रणी किनारे नोड्स की आवश्यकता नहीं है।चुनौती यह है कि उन खंडित टुकड़ों को एक साथ कैसे रखा जाए।

जब एक जटिल प्रणाली को अखंड रूप से एकीकृत किया जाता है - सिलिकॉन के एक टुकड़े पर - अंतिम उत्पाद घटक उपकरणों के थर्मल बजट बाधाओं के बीच एक समझौता है।

उदाहरण के लिए 3 डी नंद को उच्च-तापमान पॉलीसिलिकॉन की आवश्यकता है, लेकिन आवश्यक तापमान CMOS तर्क के प्रदर्शन को नीचा दिखाते हैं।

अलग-अलग वेफर्स के लिए मेमोरी और लॉजिक को अलग करना निर्माताओं को स्वतंत्र रूप से प्रत्येक तकनीक का अनुकूलन करने की अनुमति देता है।हेटरोजेनस एकीकरण सेंसर के रूप में और भी आकर्षक हो जाता है, transceivers, और अन्य गैर-CMOS तत्वों को मिश्रण में जोड़ा जाता है।

समस्या यह है कि सभी टुकड़ों को कैसे जोड़ा जाए।अखंड एकीकरण अच्छी तरह से स्थापित बैकेंड-ऑफ-लाइन (BEOL) धातुकरण प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है।जब घटकों को अलग-अलग पैक किया जाता है, तो निर्माता गेंद ग्रिड सरणियों और समान डिजाइनों की ओर मुड़ते हैं।लेकिन जब दो या दो से अधिक मर जाते हैं, तो उन्हें एक ही पैकेज में इकट्ठा किया जाता है, उन्हें जोड़ने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली प्रक्रियाएं दोनों के बीच खराब परिभाषित मध्य मैदान में झूठ बोलती हैं।

कई सिस्टम-इन-पैकेज डिज़ाइन सोल्डर कनेक्शन पर निर्भर करते हैं।पिक-एंड-प्लेस टूल पूर्व-बम्प किए गए एकल को एक इंटरपॉसर पर या सीधे एक गंतव्य वेफर पर मर जाते हैं।रीफ़्लो ओवन एकल उच्च-थ्रूपुट चरण में सोल्डर बॉन्ड को पूरा करते हैं।नरम मिलाप सामग्री एक अनुपालन परत के रूप में कार्य करती है, भी, ऊंचाई भिन्नता को चौरसाई करती है जो अन्यथा बांड की गुणवत्ता को नीचा दिखा सकती है।

दुर्भाग्य से, सोल्डर-आधारित तकनीक छवि सेंसर, उच्च-बैंडविड्थ मेमोरी और इसी तरह के अनुप्रयोगों की मांग के कारण बहुत अधिक घनत्व वाले कनेक्शनों को मापती नहीं है।बांडिंग प्रक्रिया सपाट धक्कों को समतल और निचोड़ती है, इसलिए बांड का अंतिम चरण टक्कर की पिच से थोड़ा बड़ा होता है।जैसा कि पिच नीचे जाती है, बस एक मजबूत संबंध बनाने के लिए पर्याप्त मिलाप के लिए जगह नहीं है।2019 अंतर्राष्ट्रीय वेफर-स्तरीय पैकेजिंग सम्मेलन में प्रस्तुत किए गए कार्य में, गिलियन गाओ और Xperi के सहयोगियों ने अनुमान लगाया कि मिलाप-आधारित एकीकरण के लिए न्यूनतम व्यवहार्य पिच लगभग 40 माइक्रोन है।

Cu-Sn मिलाप जोड़ों को खराब यांत्रिक गुणों द्वारा और सीमित कर दिया जाता है, जो दरारें, थकान विफलताओं और इलेक्ट्रोम माइग्रेशन में योगदान करते हैं।उद्योग आगे पिच स्केलिंग की सुविधा के लिए एक वैकल्पिक ठोस-राज्य संबंध तकनीक की मांग कर रहा है, लेकिन कई प्रक्रिया उच्च गति, कम लागत और मिलाप बंधन के लचीलेपन से मेल नहीं खा सकती हैं।

उदाहरण के लिए, जो भी बॉन्डिंग स्कीम चुनी जाती है, वह बॉन्ड पैड और इंटरपोज़र्स में ऊँचाई भिन्नताओं को समायोजित करने में सक्षम होनी चाहिए।डिवाइस स्टैक के सभी घटकों की सुरक्षा के लिए प्रक्रिया का तापमान भी काफी कम होना चाहिए।जब पैकेजिंग योजनाओं में इंटरपॉज़र्स और संलग्न चिप्स की कई परतें शामिल होती हैं, तो आधार परत विशेष रूप से थर्मल आवश्यकताओं को चुनौती देती है।आधार के ऊपर की प्रत्येक परत को एक अलग संबंध कदम की आवश्यकता हो सकती है।

एक प्रस्तावित विकल्प, तांबा-तांबा प्रत्यक्ष संबंध, सरलता का लाभ है।बिना किसी हस्तक्षेप परत के साथ, तापमान और दबाव धातु के एक टुकड़े में शीर्ष और निचले पैड को फ्यूज करते हैं, जिससे सबसे मजबूत संभव कनेक्शन बन जाता है।थर्मोकम्पैंशन बॉन्डिंग के पीछे यही विचार है।एक मरने पर तांबे के खंभे एक दूसरे पर मरने वाले मैच पैड।एक स्थायी बंधन बनाने के लिए इंटरफ़ेस में गर्मी और दबाव ड्राइव का प्रसार।300 softC की सीमा में विशिष्ट तापमान तांबे को नरम करते हैं, जिससे दोनों सतह एक दूसरे के अनुरूप हो सकते हैं।थर्मोकंप्रेशन बॉन्डिंग में 15 से 60 मिनट लग सकते हैं, हालांकि, कॉपर ऑक्सीकरण को रोकने के लिए नियंत्रित वातावरण की आवश्यकता होती है।

स्वच्छ सतहें आपस में चिपकती हैं
बारीकी से संबंधित तकनीक, हाइब्रिड बॉन्डिंग, ढांकता हुआ परत में धातु को एम्बेड करके ऑक्सीकरण को रोकने का प्रयास करता है।एक बांधने की प्रक्रिया में वेफर इंटरकनेक्ट मेटलाइजेशन की याद ताजा करती है, ढांकता हुआ में छेद किए गए छिद्रों में विद्युतीय तांबा भरता है।सीएमपी अतिरिक्त तांबे को हटा देता है, जो बंधन पैड को ढांकता हुआ के सापेक्ष हटा देता है।संपर्क में दो ढांकता हुआ सतहों को रखने से एक अस्थायी बंधन बनता है।

2019 IEEE इलेक्ट्रॉनिक अवयव और प्रौद्योगिकी सम्मेलन में प्रस्तुत किए गए कार्य में, लेटी के शोधकर्ताओं ने संरेखण को सुविधाजनक बनाने के लिए एक पानी की बूंद के उपयोग का प्रदर्शन किया।Xperi समूह ने समझाया कि यह बॉन्ड निर्माताओं को पूर्ण मल्टी-चिप स्टैक को इकट्ठा करने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

ढांकता हुआ बंधन तांबे को घेरता है, ऑक्सीकरण को रोकता है और संबंध उपकरणों को एक परिवेश वातावरण का उपयोग करने की अनुमति देता है।एक स्थायी बंधन बनाने के लिए, निर्माता एक एनील की ओर मुड़ते हैं जो तांबे के बड़े थर्मल विस्तार गुणांक का लाभ उठाता है।ढांकता हुआ द्वारा सीमित, तांबे को अपनी स्वतंत्र सतह पर विस्तार करने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे दोनों की मृत्यु के बीच का अंतर कम हो जाता है।कॉपर प्रसार फिर एक स्थायी धातुकर्म बंधन बनाता है।एक जटिल स्टैक में, एक एकल एनील चरण एक बार में सभी घटक चिप्स को बाँध सकता है।देशी ऑक्साइड या अन्य अवरोध के अभाव में अपेक्षाकृत कम एनीलिंग तापमान पर्याप्त होता है।

बॉन्ड पैड की ऊंचाई सीएमपी द्वारा परिभाषित की जाती है, एक परिपक्व, अच्छी तरह से नियंत्रित प्रक्रिया।इन सभी कारणों से, कई वर्षों से इमेज सेंसर जैसे अनुप्रयोगों में वेफर-टू-वेफर हाइब्रिड बॉन्डिंग का उपयोग किया जाता है।वेफर-टू-वेफर बॉन्डिंग अनुप्रयोगों में वेफर्स के बीच पैड संरेखण की आवश्यकता होती है और नुकसान को कम करने के लिए उच्च डिवाइस पैदावार पर निर्भर करता है।दो वेफर्स पर दोषपूर्ण मृत्यु होने की संभावना नहीं है, इसलिए एक वेफर पर एक दोष मैचेड वेफर पर एक संबंधित अच्छी चिप के नुकसान का कारण बन सकता है।

डाई-टू-वेफर और डाई-टू-इंटरपोज़र हाइब्रिड बॉन्डिंग संभावित रूप से एक बड़े एप्लिकेशन स्पेस को खोल सकते हैं, जिससे एक ही पैकेज में जटिल विषम प्रणाली की अनुमति मिलती है।हालाँकि, इन अनुप्रयोगों को भी अधिक जटिल प्रक्रिया प्रवाह की आवश्यकता होती है।जबकि वेफर-टू-वेफर और डाई-टू-वेफर (या इंटरपोजर) प्रक्रियाएं सीएमपी कदम पर समान मांगों को रखती हैं और बांड पर ही, सिंगिल्ड चिप्स पोस्ट-सीएमपी को संभालना अधिक चुनौतीपूर्ण है।निर्माण रेखा को निहित और अन्य बंध दोषों से बचकर, स्वाभाविक रूप से गन्दा गायन चरण द्वारा उत्पन्न कणों को नियंत्रित करने में सक्षम होना पड़ता है। कैथरीन डर्बीशायर से।