Реферат
Оренбургский государственный университет
Оренбург 2013
1.Мировая микроэлектроника
Транзистор - одно из важнейших изобретений ХХ столетия, повлекшее за собой появление полупроводниковых приборов и микросхем. Эти устройства стали основой электронных систем и привели к проникновению электроники во все важнейшие для жизнедеятельности человека отрасли - энергетику, транспорт, связь, здравоохранение. Развитие микроэлектроники невозможно без постоянного совершенствования научного понимания свойств полупроводниковых материалов и приборов, а также технологических процессов, необходимых для изготовления современных изделий. И даже неискушенный потребитель не может не оценить "изобретательность" полупроводниковой промышленности. Возникают ли задачи масштабирования приборов и микросхем вплоть до нанометровых размеров, или увеличения производительности технологических операций, или ввода бизнес-модели предприятия, позволяющей успешно компенсировать высокие затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, полупроводниковая промышленность из года в год успешно находит их решение.
Электронная промышленность - стратегически важнейшая современная отрасль во всех странах мира. На ее долю приходится ~3,5% мирового ВВП. Развитие этой отрасли невозможно без совершенствования ее элементной базы, основа которой - современные полупроводниковые изделия. Производители полупроводниковых приборов постоянно увеличивают капитальные затраты на развитие полупроводниковой промышленности, совершенствование технологии и оборудования, требуемых для производства будущих поколений приборов. Это хорошо видно на примере динамики капитальных затрат, отчисляемых на развитие микросхем ДОЗУ, долгое время являвшихся основными компонентами, определяющими достигнутый уровень технологии .
Упрощение сложности новых производственных процессов играет решающую роль в обеспечении жизнеспособности будущих технологий микроэлектроники. Но из-за резкого роста затрат на освоение новой технологии микросхем по мере их масштабирования решение все нарастающих проблем полупроводниковой промышленности в первую очередь требует объединения усилий и финансов различных производителей (в том числе и различных отраслей промышленности).
1.1 Новые методы оценки сегментации рынка
Существуют различные методы сегментации рынка технологического оборудования: по технологическому назначению (например, установки литографии), по регионам или по профилю компаний, закупающих оборудование. В последнее время поставщики оборудования стали уделять больше внимания конечному назначению изделия заказчика, поскольку его потребности в основном определяются областью применения выпускаемой им продукции. Действительно, ведь именно конкретные области применения электронных устройств определяют направления развития технологического оборудования. С учетом растущей потребности в таких данных, компания VLSI Research сформировала базу данных продажи оборудования в зависимости от специализации заказчика. Категории заказчиков распределились следующим образом:
-полупроводниковые кремниевые заводы/субподрядчики (ПЗ/С). Эта категория заказчиков приобретает технологическое оборудования (заводы), а также тестовое и сборочное оборудование (субподрядчики);
-вертикально интегрированные фирмы (IDM), ведущие разработку, проектирование, производство и маркетинг схем памяти;
-IDM, выпускающие системы на кристалле (System-on-Chip - SoC). Эта категория подразделяется на подтипы в зависимости от применения SoC: вычислительная техника, системы связи, бытовая техника и другие;
-фирмы, выпускающие аналоговые схемы, дискретные и прочие полупроводниковые приборы.
.2 Проблемы кремниевых заводов
Кремниевые заводы сегодня - неотъемлемая часть всей цепи поставок полупроводниковых приборов и позитивно влияют на жизнеспособность всей полупроводниковой промышленности. Для дальнейшего развития кремниевых заводов важно предотвратить преобразование изначально уникального изделия в стандартный, массовый товар (дешевый и общедоступный). А это требует новой модели взаимоотношений между ПЗ и заказчиком, предусматривающей одновременное проектирование и определение требуемого технологического оборудования на ранней стадии разработки изделия заказчика. Для успешного развития такого сотрудничества, особенно при проектировании изделий с нанометровыми технологическими нормами, необходим гораздо больший, чем сейчас, обмен информацией, включающей данные о проектных нормах и SPICE-программу ПЗ., а также оптимизация конструкции и технологических процессов. Уровень доверия между сторонами должен быть высоким, и при этом необходимо обеспечить защиту информации. Такая модель сотрудничества предоставляет заказчикам большие возможности для достижения требуемого соотношения стоимость - рабочие характеристики и своевременного выхода на рынок. Для оптимизации конструкции и обеспечения максимального выхода годных разработчикам уже на ранних этапах проектирования необходима информация, касающаяся влияния вариации режимов производства на разброс параметров изделия, т.е. проектировать следует с учетом требований технологии изготовления изделия и сборки (design-for-manufacturing - DFM). Для успешной реализации DFM при проектировании конкретной схемы необходима соответствующая экосистема, в которую входят средства САПР, IP-блоки, библиотеки и сервисные услуги, совместимые с возможностями завода. Такая экосистема гарантирует возможность использования данных кремниевого завода при проектировании схемы любой конструкции независимо от применяемых IP-блоков, собственной или сторонней разработки.
2.Тенденции развития традиционных технологий
На современном этапе развития корпусирования можно выделить следующие основные тенденции:
-увеличение количества выводов;
-уменьшение минимального шага выводов компонентов в корпусах различных типов;
-переход от расположения выводов по периметру к расположению выводов под корпусом;
-интеграция нескольких компонентов в один корпус.
.1 Системы в корпусе
Система в корпусе (System in Package, SiP) - это комбинация нескольких активных электронных компонентов различной функциональности, собранная в единый модуль, которая обеспечивает реализацию разных функций, обычно выполняемых системой или подсистемой. Система в корпусе может иметь в своем составе пассивные компоненты, МЭМС, оптические компоненты и другие корпуса и устройства. Объединение этих компонентов в одном корпусе имеет существенные преимущества: конструкция становится меньше, легче, надежней и дешевле.
Сегодня число кристаллов в компонентах SiP для мобильных устройств доходит до 10 и, согласно прогнозам, через 10 лет удвоится.
2.2 Системы на кристалле
Системы на кристалле (System on Chip, SoC) представляют собой системы, все элементы которых изготовлены в одном кристалле.
Пример видеосистемы, реализованной на кристалле, состоящей из светочувствительной матрицы, RISC-процессора, процессора для цифровой обработки сигналов, RAM и флэш-памяти, а также параллельного и последовательного интерфейсов.
.3 Технология сборки на пластине (WLP)
Применение технологии WLP подразумевает, что все операции процесса корпусирования кристаллов проводятся до разделения пластины. Согласно первоначальному определению WLP требовалось, чтобы все выводы были расположены в пределах границы кристалла. В таком случае корпус компонента действительно имел размеры кристалла (в отличие от так называемых компонентов CSP), и такие компоненты получили обозначение WLCSP. Однако существенным ограничением технологии WLP в таком понимании было количество выводов, которые можно было бы расположить под кристаллом. Технология WLP может быть оптимальным выбором, когда требования дальнейшего уменьшения размеров компонентов, увеличения рабочей частоты и уменьшения стоимости не могут быть удовлетворены традиционными технологиями корпусирования: разваркой проволокой или монтажом кристалла по технологии flip-chip.
Недавно на рынке появились компоненты, не соответствующие «классическому» определению WLP. При их производстве полупроводниковая пластина разделяется на кристаллы до корпусирования, после чего кристаллы размещаются в полимерной матрице таким образом, чтобы каждый кристалл был по периметру окружен полимером. Затем полимерная матрица с установленными кристаллами подвергается операциям классической технологии WLP. Таким образом, ключевое преимущество компонентов WLP, изготавливаемых с применением полимерных матриц, заключается в размещении большего количества выводов на компоненте.
2.4 3D-интеграция
Под 3D-интеграцией понимается расположение кристаллов друг над другом с созданием вертикальных соединений между кристаллами. Потенциальные преимущества, обеспечиваемые 3D-интеграцией, включают в себя уменьшение размеров системы, сокращение длины межсоединений благодаря замене длинных горизонтальных связей на короткие вертикальные и снижение энергопотребления. Однако 3D-интеграции присущи и такие недостатки, как высокая сложность проектирования и высокая стоимость.
Существуют следующие технологии производства 3D-интегрированных структур:
-Кристалл на кристалл: отдельные кристаллы совмещаются и соединяются друг с другом.
-Кристалл на пластину: пластины с кристаллами одного уровня разделяются, и кристаллы совмещаются и соединяются с пластиной другого уровня, после чего происходит разделение этой пластины.
-Пластина на пластину: пластины совмещаются и соединяются друг с другом, после чего разделяются.
-Печатные платы со встроенными компонентами
Встраивание активных и пассивных компонентов в печатные платы позволяет реализовать новые технологии межсоединения без использования разварки, что обеспечивает улучшенные тепловые и электрические характеристики, а также возможность размещения кристалла над кристаллом.