Γιατί οι Διαμεσολαβητές Είναι Σημαντικότεροι από Ό,τι Νομίζετε

Όταν οι άνθρωποι μιλούν για προηγμένη συσκευασία ημιαγωγών, η προσοχή επικεντρώνεται συνήθως σε τσιπ αιχμής: μικρότερα τρανζίστορ, ταχύτερη λογική ή συσκευές υψηλότερης ισχύος. Ωστόσο, ανάμεσα σε αυτά τα τσιπ βρίσκεται ένα λιγότερο ορατό αλλά ολοένα και πιο κρίσιμο συστατικό—ο διαμεσολαβητής.

Παραδοσιακά, ένας διαμεσολαβητής θεωρούνταν ως μια παθητική δομή, της οποίας το κύριο καθήκον είναι η δρομολόγηση σημάτων μεταξύ των τσιπ. Ωστόσο, καθώς τα συστήματα υπολογιστών κινούνται προς αρχιτεκτονικές chiplet, υψηλότερες πυκνότητες ισχύος και πιο απαιτητικά θερμικά περιβάλλοντα, αυτός ο παθητικός ρόλος δεν είναι πλέον επαρκής. Ο διαμεσολαβητής αναμένεται πλέον να μεταφέρει ηλεκτρικά σήματα, να αντέχει μηχανική καταπόνηση και να διαχειρίζεται τη θερμότητα—όλα ταυτόχρονα.

Αυτή η αλλαγή είναι ακριβώς εκεί που διαμεσολαβητές καρβιδίου του πυριτίου 12 ιντσών (SiC) μπαίνουν στην εικόνα.Από το Πυρίτιο στο Καρβίδιο του Πυριτίου: Μια Αλλαγή στη Φιλοσοφία

Οι περισσότεροι διαμεσολαβητές σήμερα είναι κατασκευασμένοι από πυρίτιο, κυρίως επειδή η βιομηχανία ημιαγωγών διαθέτει ήδη ώριμη υποδομή κατασκευής πυριτίου 12 ιντσών. Οι διαμεσολαβητές πυριτίου λειτουργούν καλά για καλωδίωση υψηλής πυκνότητας, αλλά αρχίζουν να παρουσιάζουν περιορισμούς όταν τα συστήματα λειτουργούν σε υψηλή ισχύ ή σε αυξημένες θερμοκρασίες.

Το καρβίδιο του πυριτίου προσφέρει ένα θεμελιωδώς διαφορετικό σύνολο ιδιοτήτων υλικού:

Πολύ υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα

• , επιτρέποντας την ταχύτερη απομάκρυνση θερμότηταςΑνώτερη μηχανική ακαμψία

• , βελτιώνοντας τη σταθερότητα των διαστάσεωνΕξαιρετική θερμική και χημική σταθερότητα

• , ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίεςΛόγω αυτών των ιδιοτήτων, οι διαμεσολαβητές SiC δεν είναι απλώς καλύτερες εκδόσεις των διαμεσολαβητών πυριτίου—επιτρέπουν μια διαφορετική φιλοσοφία σχεδιασμού. Αντί να αντιμετωπίζουν τη θερμική διαχείριση ως ένα εξωτερικό πρόβλημα που επιλύεται από ψύκτρες ή ψυχρές πλάκες, το SiC επιτρέπει τη διαχείριση της θερμότητας απευθείας στο επίπεδο του διαμεσολαβητή.

Γιατί η μορφή 12 ιντσών είναι μια μεγάλη υπόθεση

Με την πρώτη ματιά, η μετάβαση από μικρότερους δίσκους σε

διαμεσολαβητές SiC 12 ιντσών μπορεί να φαίνεται σαν μια απλή άσκηση κλιμάκωσης. Στην πραγματικότητα, αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την εκβιομηχάνιση.Η μορφή 12 ιντσών έχει σημασία για διάφορους λόγους:

Συμβατότητα κατασκευής

• με προηγμένα εργαλεία λιθογραφίας, επιθεώρησης και συσκευασίαςΥψηλότερη απόδοση και χαμηλότερο κόστος ανά μονάδα επιφάνειας

• σε κλίμακαΥποστήριξη για μεγάλους διαμεσολαβητές

• , που είναι απαραίτητοι για την ενσωμάτωση πολλαπλών τσιπ και ετερογενών στοιχείωνΩστόσο, η κλιμάκωση του SiC σε 12 ίντσες είναι πολύ πιο δύσκολη από την κλιμάκωση του πυριτίου. Ο έλεγχος ελαττωμάτων, η επιπεδότητα των δίσκων και η διαχείριση της καταπόνησης γίνονται σημαντικά πιο δύσκολα καθώς αυξάνεται η διάμετρος του δίσκου. Αυτό καθιστά τους διαμεσολαβητές SiC 12 ιντσών τόσο μια τεχνική πρόκληση όσο και ένα τεχνολογικό ορόσημο.

Βασικές διαδικασίες κατασκευής που εξηγούνται απλά

Η κατασκευή ενός διαμεσολαβητή SiC 12 ιντσών περιλαμβάνει πολλά από τα ίδια βήματα με τους διαμεσολαβητές πυριτίου—αλλά κάθε βήμα είναι πιο απαιτητικό λόγω της φύσης του υλικού.

Προετοιμασία και λέπτυνση δίσκων

Οι δίσκοι SiC είναι εξαιρετικά σκληροί. Η λέπτυνσή τους στο απαιτούμενο πάχος χωρίς την εισαγωγή ρωγμών ή υπερβολικής στρέβλωσης απαιτεί εξαιρετικά ελεγχόμενες διαδικασίες λείανσης και στίλβωσης.
Δημιουργία μοτίβων και σχηματισμός οπών

Οι διαμεσολαβητές βασίζονται σε κάθετες ηλεκτρικές συνδέσεις. Στο SiC, ο σχηματισμός αυτών των οπών απαιτεί προηγμένες τεχνικές χάραξης ή τεχνικές με λέιζερ που είναι ικανές να διεισδύσουν σε ένα πολύ σκληρό και χημικά αδρανές υλικό.
Μεταλλοποίηση και διασυνδέσεις

Η εναπόθεση μετάλλων που προσκολλώνται αξιόπιστα στο SiC, διατηρώντας παράλληλα τη χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα, είναι ένα μη τετριμμένο έργο. Τυπικά απαιτούνται εξειδικευμένα στρώματα φραγμού και πρόσφυσης.
Επιθεώρηση και έλεγχος απόδοσης

Στις 12 ίντσες, ακόμη και οι μικρές πυκνότητες ελαττωμάτων μπορούν να έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην απόδοση. Αυτό καθιστά την παρακολούθηση της διαδικασίας και την επιτόπου επιθεώρηση ιδιαίτερα κρίσιμη.
Μαζί, αυτά τα βήματα σχηματίζουν μια ροή κατασκευής που είναι πιο περίπλοκη από την παραδοσιακή κατασκευή διαμεσολαβητών πυριτίου, αλλά και πολύ πιο ικανή σε απαιτητικές εφαρμογές.

Επιπτώσεις σε επίπεδο συστήματος: Περισσότερα από απλώς συσκευασία

Η πραγματική αξία των διαμεσολαβητών SiC 12 ιντσών γίνεται σαφής όταν εξετάζουμε το

επίπεδο συστήματος και όχι μεμονωμένα εξαρτήματα.Με την ενσωμάτωση της μηχανικής αντοχής και της θερμικής αγωγιμότητας απευθείας στον διαμεσολαβητή, οι σχεδιαστές συστημάτων κερδίζουν:

Χαμηλότερες θερμοκρασίες διασταύρωσης για συσκευές υψηλής ισχύος

• Βελτιωμένη αξιοπιστία υπό θερμική κυκλοφορία

• Μεγαλύτερη ελευθερία στην αρχιτεκτονική του συστήματος και στην τοποθέτηση εξαρτημάτων

• Στην πράξη, αυτό σημαίνει πυκνότερες μονάδες ισχύος, πιο συμπαγή συστήματα υπολογιστών υψηλής απόδοσης και βελτιωμένη ανθεκτικότητα σε σκληρά περιβάλλοντα όπως ηλεκτρικά οχήματα, κέντρα δεδομένων και αεροδιαστημικά ηλεκτρονικά.

Μια πλατφόρμα για ετερογενή ενσωμάτωση

Καθώς τα συστήματα ημιαγωγών εξελίσσονται, συνδυάζουν όλο και περισσότερο τσιπ λογικής, συσκευές ισχύος, εξαρτήματα RF, ακόμη και φωτονική εντός ενός μόνο πακέτου. Κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία έχει διαφορετικές θερμικές και μηχανικές απαιτήσεις.

Οι διαμεσολαβητές SiC 12 ιντσών προσφέρουν μια ενοποιητική πλατφόρμα

που μπορεί να υποστηρίξει αυτή την ποικιλομορφία. Οι ιδιότητες του υλικού τους ευθυγραμμίζονται φυσικά με συσκευές ευρείας ζώνης και εφαρμογές υψηλής ισχύος, καθιστώντας τις ιδιαίτερα ελκυστικές για την επόμενη γενιά ετερογενούς ενσωμάτωσης.Κοιτάζοντας μπροστά

Οι διαμεσολαβητές SiC 12 ιντσών βρίσκονται ακόμη σε ένα πρώιμο στάδιο υιοθέτησης, αλλά η τροχιά τους είναι σαφής. Αντιμετωπίζουν θεμελιώδεις προκλήσεις που δεν μπορούν να επιλυθούν μόνο από το πυρίτιο, ιδιαίτερα σε συστήματα υψηλής ισχύος και υψηλής θερμικής πυκνότητας.

Αντί να τα βλέπουμε ως μια εξειδικευμένη λύση, είναι πιο ακριβές να δούμε τους διαμεσολαβητές SiC 12 ιντσών ως μια τεχνολογία που επιτρέπει—μία που γεφυρώνει την επιστήμη των υλικών, την καινοτομία στην κατασκευή και τον σχεδιασμό σε επίπεδο συστήματος.

Καθώς η προηγμένη συσκευασία συνεχίζει να καθορίζει τα όρια απόδοσης των σύγχρονων ηλεκτρονικών, ο διαμεσολαβητής δεν είναι πλέον μόνο αυτό που συνδέει τα τσιπ. Στην περίπτωση του SiC, γίνεται μέρος του ίδιου του συστήματος.