جزئیات وبلاگ

کربید سیلیکون (SiC) به عنوان یک ماده استراتژیک برای نسل بعدی الکترونیک قدرت و بسته بندی نیمه هادی پیشرفته ظهور کرده است.وافرهای SiC ومتداول SiCاغلب در بحث های غیر تخصصی به طور متقابل استفاده می شوند، آنها مفاهیم اساساً متفاوت را در زنجیره تولید نیمه هادی نشان می دهند.این مقاله رابطه آنها را از یک علم مواد روشن می کند، تولید و دیدگاه ادغام سیستم، و توضیح می دهد که چرا تنها یک زیر مجموعه کوچک از سی سی وافرها می توانند نیازهای سطح مداخله را برآورده کنند.

1سی سی وفر: پایه ی مواد

وفر SiC یک بستر بلوری ساخته شده از کربید سیلیکون است که به طور معمول از طریق رشد بلوری حمل بخار فیزیکی (PVT) و برش، آسیاب و پولیش بعدی تولید می شود.

ویژگی های کلیدی وافرهای SiC عبارتند از:

• پلی تیپ کریستال: 4H-SiC، 6H-SiC، یا نیمه عایق SiC

• قطر های معمول: 4 اینچ، 6 اینچ و 8 اینچ جدید

• تمرکز اصلی عملکرد:

  • خواص الکتریکی (تکان حامل، مقاومت)

  • تراکم نقص (میکروپیپ ها، انحرافات سطح پایه)

  • مناسب بودن برای رشد اپیتاکسیال

وافرهای سی سی به طور سنتی برای ساخت دستگاه های فعال، به ویژه در MOSFET های قدرت، دیود های Schottky و دستگاه های RF بهینه شده اند.

در این زمینه، وفر به عنوان یک ماده الکترونیکی عمل می کند، که در آن یکنواختی الکتریکی و کنترل نقص بر اولویت های طراحی تسلط دارد.

2. SiC Interposer: یک ساختار عملکردی در سطح بسته بندی

یک SiC interposer یک ماده خام نیست بلکه یک جزء ساختاری بسیار مهندسی ساخته شده استازيه وفت سي سي

نقش آن اساسا متفاوت است:

• این به عنوان یک پشتیبانی مکانیکی، لایه توزیع مجدد الکتریکی و مسیر هدایت حرارتی عمل می کند

• این امکان می دهد معماری های بسته بندی پیشرفته مانند 2.5D و ادغام ناهمگن

• باید این موارد را داشته باشد:

  • لوله های عبور از بستر (TSV)

  • لایه های بازپرداخت خیره کننده (RDL)

  • ادغام چند تراشه و HBM

از منظر سیستم، متداول یک ستون فقرات ترمالمکانیکی است، نه یک دستگاه نیمه هادی فعال.

3. چرا سی سی وفر به طور خودکار به معنی سی سی متداول نیست

اگر چه SiC interposers ساخته شده از سی سی واف،معیارهای عملکرد به شدت متفاوت هستند.

بسیاری از سی سی وافرهایی که عملکرد خوبی از نظر الکتریکی دارند، نمی توانند سطح مکانیکی، تحمل استرس و سازگاری از طریق فرآیند مورد نیاز برای ساخت متقابل را برآورده کنند.

4. تحولات توليدي: از وفر به متداول

تبدیل یک وفر SiC به یک متداول SiC شامل چندین فرآیند پیشرفته است:

• رقیق سازی وافره تا 100 ‰ 300 μm یا کمتر

• نسبت ابعاد بالا از طریق تشکيلات (حفر با ليزر و يا نقاشي پلازما)

• پولیش دو طرفه (DSP) برای خشکی سطحی بسیار کم

• فلز سازی و پر کردن

• ساخت لایه توزیع مجدد (RDL)

هر مرحله، نقص های موجود در قبل را تقویت می کند. نقص های قابل قبول در وافرهای دستگاه ممکن است به نقاط شروع شکست در سازه های مداخله کننده تبدیل شوند.

این توضیح می دهد که چرا اکثر وافرهای SiC موجود در بازار نمی توانند به طور مستقیم به عنوان متداول استفاده شوند.

5چرا SiC با وجود چالش ها برای مداخله کنندگان جذاب است

علیرغم هزینه های بالاتر و دشواری پردازش، SiC مزایای قانع کننده ای را نسبت به سیلیکون ارائه می دهد:

• رسانایی حرارتی: ~370~490 W/m·K (در مقابل ~150 W/m·K برای سیلیکون)

• ماژول انعطاف پذیری بالا، که ثبات مکانیکی را تحت چرخه حرارتی فراهم می کند

• قابلیت اطمینان عالی در دمای بالا، برای بسته های پر انرژی ضروری است

برای سیستم های GPU، شتاب دهنده های هوش مصنوعی و ماژول های قدرت، این خواص اجازه می دهد تا متداول به عنوان یک لایه مدیریت حرارتی فعال عمل کند، نه فقط یک پل الکتریکی.

6یک تمایز مفهومی که مهندسان باید به یاد داشته باشند

یک مدل ذهنی مفید این است:

سی سی وفر = مواد الکترونیکی
متداول SiC = جزء ساختاری در سطح سیستم

آنها با تولید متصل هستند، اما با عملکرد، مشخصات و فلسفه طراحی جدا شده اند.

7نتیجه گیری

رابطه بین وافرهای SiC و متداول های SiC به جای معادل، سلسله مراتبی است.
در حالی که هر Interposer SiC از یک Wafer SiC سرچشمه می گیرد، تنها Wafers با ویژگی های مکانیکی، حرارتی و سطحی به شدت کنترل شده می تواند از ساخت سطح Interposer پشتیبانی کند.

با توجه به اینکه بسته بندی پیشرفته به طور فزاینده ای اولویت عملکرد حرارتی را در کنار ادغام الکتریکی دارد،متداول کننده های سی سی سی یک تکامل طبیعی را نشان می دهند اما یک تکامل است که نیاز به یک کلاس جدید از مهندسی وافر دارد، متمایز از زیربناهای دستگاه های قدرت سنتی.