面向Chiplet集成的三维互连硅桥技术

摩尔定律的发展速度放缓和集成电路产品应用的多元化趋势,共同推动了先进封装技术的快速发展。先进互连技术是先进封装的核心,在高速、高频传输、功耗、超细节距互连以及系统集成能力等方面均展现出显著优势。硅桥技术作为Chiplet以及异构集成封装的重要解决方案,可以以较低的成本实现多芯片间的局部高密度互连,在处理器、存储器、射频器件中被广泛应用。介绍了业界主流的硅桥技术,并对硅桥技术的结构特点和关键技术进行了分析和总结。深入讨论了硅桥技术的发展趋势及挑战,为相关领域的进一步发展提供参考。

IC互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展

集成电路的产业发展作为衡量一个国家经济实力的重要指标,反映该国的整体实力。在集成电路的众多制备工艺中,化学机械抛光(Chemical mechanical planarization,CMP)是关键制造技术之一,也是目前应用最广且能够实现全局和局部平坦化的技术。互连技术与CMP紧密相关,芯片互连属于后段制程,目前的互连技术主要包括铜互连、钴互连,在使用这些互连技术时不可避免地会影响芯片的性能,包括金属离子扩散速率快、薄膜与衬底的结合强度差等,学者们通过加入阻挡层来解决这些问题。互连金属和阻挡层都要进行CMP工序,它直接决定芯片良率和可靠性。本文总结了互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展,以技术节点出发介绍了三种典型的互连金属以及它们常用的阻挡层材料,分析总结了各种材料的抛光机理、抛光液组分、抛光效果及其材料的应用优势与缺陷,简述了在CMP互连与阻挡层的研究中存在的局限性,最后对新的材料、新型互连技术的研发及应用进行了展望。

芯片间无线互连通信系统结构设计

在分析了射频互连、交流耦合互连、三维互连、光互连以及基于片上天线无线互连等系统的优点、缺点基础上,阐述了基于印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)实现芯片间无线互连的新结构:以芯片管脚作为收发天线,利用PCB介质形成无线通信信道。与其它互连方式相比,在减少PCB层数、减少对外部环境的电磁污染、实现无线多信道以及兼容互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺等方面具有明显优势。设计了工作于60GHz的4个单极子天线阵列,代表2个芯片的4个管脚,仿真结果表明发射天线的S11在60 GHz时达到-19 dB,在4080 GHz之间均小于-10 dB,相对带宽约为50%,满足超宽带无线通信要求。

电子封装超声互连研究新进展

超声振动摩擦和局部高温高压可实现同材或异材的低温、快速、可靠的互连,超声技术在电子封装中显示出无与伦比的技术优势。综述了超声引线键合、块体母材直接超声键合、母材/焊料/母材三体超声固相键合等超声固相键合技术,超声钎焊、超声瞬态液相扩散焊等超声液相键合技术,超声纳米烧结、混合(复合)焊料超声互连等超声固液混合键合技术。无论是高频低功率的高速超声键合,还是中频高功率超声常速键合,超声的作用规律和效果相似,其互连质量和互连机理与接触材料及其状态有着最为密切的关系;考虑由于超声互连过程快、时间短、互连界面窄、接头不透明,可以采用焊接实时高速摄像技术和同步辐射X射线成像技术相结合,实时观察液态焊料润湿流动、焊料颗粒运动轨迹、母材的剥离过程及界面形成规律;考虑由于微焊点尺寸放大,可以借助温度传感器和压力传感器进行超声的温度效应和瞬态压强实时测量;基于双超/多超声诸多影响因素,多超声的数值模拟分析将成为微焊点超声互连机理研究的有效手段。

芯粒功能划分方法与互连体系综述

目前,芯片设计面临“面积墙”的挑战,这为芯片制造带来了高昂的流片成本。芯粒技术可以通过成熟的工艺制程制造较小面积的芯片,然后通过先进封装方式打破面积墙的限制,实现芯片的敏捷设计,降低设计成本。而设置多大的芯粒颗粒度可以满足芯片设计的灵活需求,是利用芯粒技术的一个核心问题。芯粒功能的划分也影响着芯粒间的互连结构,如何实现各功能芯粒间互连是最终实现芯片功能的关键。因此,本文综述国内外近年来对芯粒功能划分上的研究、在芯粒设计空间上的探索以及芯粒功能划分对芯粒间互连网络影响,并指出芯粒的设计方法学是未来芯粒技术发展的重要研究方向。

不跨层行操作并行RCA互连时延性能评估

针对三类行并行重构单元阵列互连时延性能评估问题,提出了一种通过节点映射和运行机制来评测互连时延的方法,基于前驱回溯不加旁节点不跨层时域映射算法,对点到点、路由传输、行列总线等互连RCA进行了时延分析和计算.实验结果表明,与路由传输和行列总线互连相比,点到点互连在最大不跨层互连、不跨层累加互连、考虑互连执行总时延等方面均是最小的,从而表明了点到点重构单元阵列的互连时延优于路由器传输和行列总线互连.

新工科背景下网络互连技术课程BOPPPS教学模式探索

分析新工科背景下课程建设遇到的挑战和BOPPPS教学模式的特点,基于以学生为中心的理念,提出网络互连技术课程的BOPPPS教学模式,以具体项目为例阐述实施过程并说明效果。

一种基于局部间断Galerkin方法的IC互连线电容提取策略

求解椭圆方程的局部间断Galerkin(LDG)方法具有精度高、并行效率高的优点,且能适用于各种网格。文章提出采用LDG方法来求解IC版图中电势分布函数满足的Laplace方程,从而给出了一个提取互连线电容的新方法。该问题的求解区域需要在矩形区域内部去掉数量不等的导体区域,在这种特殊的计算区域上,通过数值测试验证了LDG方法能达到理论的收敛阶。随着芯片制造工艺的发展,导体尺寸和间距也越来越小,给数值模拟带来新的问题。文章采用倍增网格剖分方法,大幅减小了计算单元数。对包含不同数量和形状导体的七个电路版图,用新方法提取互连线电容,得到的结果与商业工具给出的结果非常接近,表明了新方法的有效性。

铜互连新型阻挡层材料的研究进展

铜互连阻挡层材料起到防止铜与介质材料发生扩散的重要作用。因此,阻挡层材料需要满足高稳定性、与铜和介质材料良好的粘附性以及较低的电阻。自1990年代以来,氮化钽/钽(TaN/Ta)作为铜的阻挡层和衬垫层得到了广泛的应用。然而,随着晶体管尺寸微缩,互连延时对芯片速度的影响越来越重要。由于TaN/Ta的电阻率高且无法直接电镀铜,已经逐渐难以满足需求。文章综述了铜互连阻挡层材料的最新进展,包括铂族金属基材料、自组装单分子层、二维材料和高熵合金,以期对金属互连技术的发展提供帮助。

ACF-COG芯片互连电阻建模与工艺参数优化

玻璃覆晶封装技术是液晶显示器生产过程中的核心技术,主要采用热固性固化胶和若干导电颗粒组成各向异性导电胶膜倒装实现互连,而互连后的芯片电阻是材料选择与工艺参数的重要评估指标。本文旨在建立芯片互连电阻仿真体系并探究相同导电颗粒分布下芯片封装的最优工艺参数。首先,通过大量实验获取采用CP6530ID型号各向异性导电胶膜的芯片在不同工艺参数下的凸点互连电阻及凸点捕捉到的导电颗粒数目,并对实验数据进行统计分析。其次,在数值模拟实验中,为模拟键合温度与压力的耦合方式,采用顺序热力耦合方法。在得到热力耦合场下CP6530ID型号各向异性导电胶膜中导电颗粒的形变量后,通过建立的导电颗粒互连电阻的数学模型算出芯片互连电阻,将互连电阻计算结果与实验结果对比,验证仿真结果的有效性及对实验的指导意义。最后,将生产商索尼化学公司推荐的封装工艺参数范围作为优化起点,对随机化导电颗粒分布情况进行仿真,以仿真结果为参考探究芯片封装的最优工艺参数。在实现芯片有效封装的前提下,仿真结果显示,键合温度为190℃、键合压力为100MPa时,芯片互连电阻最小。芯片封装过程中,压力对互连电阻起决定性作用,温度对互连电阻的影响较为微弱。就压力因子而言,在不考虑导电颗粒被压裂的情况下,压力越大,最后形成的互连电阻越小;温度越高,导电颗粒的热膨胀越剧烈,导致互连电阻越大。

超深亚微米集成电路中的互连问题——低k介质与Cu的互连集成技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求 ,互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战 ,其中 Cu互连技术的发明是半导体集成电路技术领域中具有革命性的技术进展之一 ,也是互连集成技术的解决方案之一 .在对互连集成技术中面临的技术与物理挑战的特点和可能的解决途径概括性介绍的基础上 ,重点介绍和评述了低 k介质和 Cu的互连集成技术及其所面临关键的技术问题 ,同时还对三维集成互连技术、RF互连技术和光互连技术等

基于深度神经网络的数据中心光互连网络资源分配方法

在人工智能环境下为了提高数据中心光互联网络组件和软件的安全性,需要构建优化的资源分配模型,提出基于深度神经网络的数据中心光互连网络资源分配方法。采用用户关联和功率谱分配联合优化方法构建数据中心光互连网络资源调度模型,结合对网络资源粒度的服务请求QoS资源配置实现对不同种类资源的融合和聚类处理,提取数据中心光互连网络资源的空间、时间、频谱等多维网格抽象模型参数,通过深度神经网络学习方法实现对网络资源分配过程中的多种资源粒度融合和收敛性寻优控制,建立用户之间分配数据中心光互连网络资源的信道模型,通过传输链路均衡配置方案实现对网络资源的优化分配和均衡配置。仿真结果表明,本方法的资源分配传输比特率为18 bit/s,延时较小,资源分配阻塞率低,为0.05%,且资源持有度较高,可始终维持在100%,说明本方法具有对较强的资源均衡配置能力。

40信道并行光纤互连模块封装技术解析

NTT公司正在致力于开发一种体积小、成本低的高通量的光互连模块。它是一种具有40信道的前端模块,其通量超过25Gbps,采用多模光纤后其传输距离可以超过100m。这种模块的主要特点就是采用纵向孔位表面发射激光(VCSEL)阵列作为一种成本极低的光源。这些阵列允许在发生器和接收器中采用同一种封装结构。为达到超多信道性能要求,我们为模块光接口研制出一种高密度多接口裸纤(BF)连接器。与传统光纤连接器相比,这种BF连接器无须套管或弹簧,这就保证互连器件既能实现物理接触又能降低插入损耗。此外,我们还借助于基板上的无源阵列芯片开发出可与VCSEL和光二极管(PD)耦合的带有45°反光镜的光纤波导聚合膜。为了便于VCSEL/PD与波导管之间进行耦合,我们推出一种封装技术用于校准光纤阵列芯片,并将它焊接在基板上,其定位误差仅几微米。采用这种封装技术可在ParaBIT原型模块上实现超并行互连。

局域网的互连

如今,一个大的单位组建了几个局域网或很多单位都组建了自己的局域网。随着网络功能的扩展和工作的需要,局域网的延伸和连接也成为人们关注的焦点。本文主要就局域网间的连接设备中继器、网桥、路由器、网关展开讨论来说明局域网的互连。

一种新型分布式互连线功耗优化模型

基于集总式互连线功耗模型,给出了一种分布式动态功耗表达式,在此基础上,采用非均匀互连线结构,提出了一种基于延时、带宽、面积、最小线宽和最小线间距约束的互连动态功耗优化模型.并在90nm和65nm CMOS工艺节点下,采用matlab软件验证了文中模型的有效性,在工艺约束下,同时不牺牲延时、带宽和面积时,所提模型能够降低30%左右的互连线功耗.该模型适用于大规模集成电路互连优化设计.

面向软件定义互连系统的多协议交换电路

为满足软件定义互连系统中异构协议融合互连的需求,提出一种两级多协议交换电路,该电路通过融合共享缓存与Crossbar这2种交换架构,实现对多种异构协议的报文转发需求的兼顾。同时,提出一种基于时隙的多级仲裁调度方法,实现调度过程中时间与空间的解耦。仿真结果表明,所设计的交换电路能够弹性适应绑定模式变化引起的交换规模及端口缓存、端口带宽需求变化,缓存资源利用率相较传统组合输入输出排队(CIOQ)架构最高提高87.5%,转发时延低至数十纳秒,不仅适用于RapidIO、光纤通道(FC)、Ethernet、外设部件互连快速总线(PCIe)单一协议交换,而且适用于多种协议组合的混合协议交换。

循环级联式的多级PS光学互连网络

提出了一种可实现多级 PS光学互连的循环系统 .该循环系统主要是在现有的单级 PS光学互连实验基础上 ,由 LCD、CCD等光电子器件和计算机构成 .这个循环系统可以实现多级 PS光学互连和 FPS光学互连 .

多维光互连柔性光背板压力分布优化实验研究

【目的】文章旨在改进多层光纤布线结构,提高其抗压性能,进行压力分布优化实验研究,并提出一种多维光交叉互连柔性光背板压力分布优化结构和设计方法。【方法】文章通过改进多层光纤布线结构,利用实验分析不同光纤交叉方式,研究在相同压力下光纤排布、光纤交叉点的密度和光纤交叠层数等因素对光纤损耗的影响,由此提出一种优化光背板压力分布的双层背板理想光纤布线结构。【结果】由实验结果提出的理想双层布线结构采用双层背板和每个背板中的多层光纤优化布线,将两层柔性光背板进行上下叠加,光纤的布线方案采用光纤端口均匀分布在背板的4个边缘,且同一层级光纤紧密排布,交叠两层光纤于交叉点处。通过多层光纤交叉及错位叠加的布局,可实现多层光纤交叉互连布线优化分布,以提高光背板的抗压性能,从而提高其光传输交换的整体性能。【结论】文章所提方案光背板具有更小的体积、更好的抗压性能和更好的光信号传输损耗性能,能够实现更大面积、高密度和大容量柔性n×n光背板,具有良好的可拓展性,并使光纤布线工作更加简单和方便。

基于联合时钟恢复和均衡技术的光互连信号处理方法

在数据中心光互连系统中,针对时钟恢复模块和均衡模块相互依赖而导致两模块先决条件冲突的问题,提出了联合均衡和定时恢复反馈环路的数字信号处理方案。该方案针对PAM4信号特征,采用了改进的Gardner反馈式全数字时钟同步算法,以降低时钟恢复误差、提高收敛性能;在均衡模块,提出并采用了一种基于T/2分数间隔的改进级联多模盲均衡算法,以减小均衡稳态误差、改善信号均衡效果。仿真结果表明,该联合方案能够降低系统误码率,在满足硬判决前向纠错阈值下,40 km传输后的接收机灵敏度为-16 dBm,相较于级联方案提升了至少3 dBm。同时,联合方式的抗抽样时钟偏移(SCO)的能力更强,最大能容忍的SCO提高约200个时钟偏移量,说明本方案可以有效补偿线性损伤和时钟误差。

第三代半导体互连材料与低温烧结纳米铜材的研究进展

半导体材料是现代科技发展和产业革新的核心,随着高频、高压、高温、高功率等工况的日趋严峻及“双碳”目标的需要,以新型碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料逐步进入工业应用。半导体产业的贯通以及市场规模的快速扩大,导致摩尔定律正逐渐达到极限,先进封装互连将成为半导体行业关注的焦点。第三代半导体封装互连材料有高温焊料、瞬态液相键合材料、导电胶、低温烧结纳米Ag/Cu等几个发展方向,其中纳米Cu因其优异的导电导热性、低温烧结特性和良好的可加工性成为一种封装互连的新型方案,具有低成本、高可靠性和可扩展性,近年来从材料研究向产业链终端应用贯通的趋势非常明显。本文首先介绍了半导体材料的发展概况并总结了第三代半导体封装互连材料类别;然后结合近期研究成果进一步围绕纳米Cu低温烧结在封装互连等电子领域中的应用进行重点阐述,主要包括纳米铜粉的粒度、形貌、表面处理和烧结工艺对纳米铜烧结体导电性能和剪切性能的影响;最后总结了目前纳米铜在应用转化中面临的困境和亟待解决的难点,并展望了未来的发展方向,以期为低温烧结纳米铜领域的研究提供参考。