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矽中介層

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ANSYS加速5G/高效能運算暨AI設計

安矽思(Ansys)發表的Ansys RaptorH,能幫助工程師加速並改善5G、三維度積體電路(3D-IC)和射頻積體電路(Radio-frequency Integrated Circuit)設計工作流程,這些積體電路的應用包括智慧型裝置、天線陣列(Antenna Arrays)和資料儲存系統。RaptorH結合Ansys旗艦級HFSS的逼真度以及RaptorX架構的速度和高容量,讓設計師得以縮小晶片尺寸、降低功耗、減少生產成本並縮短產品上市時程。 Ansys副總裁暨總經理John Lee表示,設計新世代電子設備的公司一方面試圖解決極端複雜的挑戰,相關工作流程既容易出錯又昂貴,一方面也面臨產品上市時程壓力。Ansys透過整合世界級的Ansys HFSS和Ansys RaptorX引擎,提供跨多種高速、高效能應用電磁效應及時處理單一分析解決方案。身為電磁學領域的品牌,很榮幸能推出Ansys RaptorH來延續先進技術。 從5G行動裝置和網路基礎建設的高效能系統晶片,到支援自駕車和工業互聯網的射頻收發器,線路設計都受到電磁學(Electromagnetics)的重大影響。Ansys RaptorH幫助客戶克服經常導致設計週期冗長、增加風險與成本、和使效能不符理想的有害干擾。 Ansys RaptorH的高度整合分析解決方案,讓設計師模擬先進奈米晶片設計,橫跨多晶片3D-IC、矽中介層(Silicon Interposers)和先進封裝的電磁現象,縮短設計週期並提高可靠度和完整性。
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應用範圍擴展/效能指標躍進 5G測試/驗證十八般武藝齊備

2020年伊始,台灣的5G頻譜競標結果初步揭曉,全球各個國家與地區也將投入更多5G商轉活動,5G進入高速發展階段,相關裝置預計將大舉出籠,包括網路基礎建設、聯網設備、行動終端與聯網節點等,根據產業分析機構研究指出,2025年5G裝置年出貨量將突破10億台。5G網路速率更快、使用頻段更高、連結規模更大、網路延遲更低、聯網可靠性更高,技術規格全面提升,使得產品設計難度大幅提高,如何達成效能目標,除了從晶片、架構、系統設計等層面提升之外,更需要透過良好的產品測試、驗證協助達成5G的技術目標。 5G技術規格與前代技術4G LTE相較,產品測試驗證帶來諸多挑戰,如量測準確度,由於5G使用頻段更高,天線校準與準確度、治具設備容錯範圍與訊號反射等,產生量測不確定性;且測試計畫複雜,須將量測作業整合至裝置測試計畫中,進行電波暗室整合、波束特性等驗證;再者測試時間延長,因為5G使用頻段更寬廣,每個使用到的頻段都需進行驗證,導致測試計畫複雜度大為提升,校準與量測的時間更長。 5G測試驗證複雜度大幅提高 由於5G技術革新幅度更甚於4G,加上5G應用領域廣泛,可以說是未來10年全球網路的基礎架構,重要的是5G網路規模將是4G的數十倍,多樣化的應用帶動網路架構持續成長,從技術架構來觀察,5G為因應三大應用情境,採用高度彈性的底層技術,透過網路切片(Network Slicing)與軟體定義網路(Software Defined Networking, SDN)和網路功能虛擬化(Network Function Virtualization, NFV)來達成差異頗大的各式網路應用需求,透過這些技術自由組合各種應用需要的功能,造成數以萬計的網路型態,測試驗證複雜度可見一斑。 另外,5G網路在技術指標的要求上,並未因網路複雜度而有所放鬆,三大技術指標傳輸速率最高達20Gbps,每平方公里聯結數量達100萬,網路延遲1毫秒(ms),就現有技術水準而言都不是簡單任務,包括網路架構、晶片、系統等設計都需升級,甚至材料也需大幅革新。5G技術與產品驗證涵蓋的範圍也非常廣泛,本文僅從晶片設計測試、半導體測試設備、訊號測試儀器等面向進行探討,期能一窺5G測試驗證的概況。 5G效能需求搭配先進構裝技術 IC設計高度集積化的發展從未停止,從過去電路線寬微縮發展到系統級封裝與近年的異質整合,5G對於效能的要求使得晶片需要採用先進製程,宜特科技可靠度工程室副總經理曾劭鈞(圖1)表示,5G晶片主要分成需要輕薄短小且省電的行動終端晶片與強調效能的基地台/雲端設備高速運算晶片。行動裝置在效能提升之下仍以追求輕薄短小的封裝型式為主,手機應用處理器(AP)以晶圓級晶片尺寸封裝(Wafer Level Chip Scale Package, WLCSP)延伸出的扇出型(Fan-out)及Fan out POP(Package on Package)封裝型式為主。 圖1 宜特科技可靠度工程室副總經理曾劭鈞表示,2.5D IC是讓不同製程的裸晶,採取平行緊密排列,放置在矽基板的中介層上。 另外,5G將高頻毫米波頻段導入商用,使得5G訊號從1GHz以下,延伸到超過30GHz,曾劭鈞認為,5G帶動更多天線的需求在天線數量激增但可用面積維持不變的情況,射頻前端的AiP(Antenna in Package)封裝型式則成為目前廠商的最佳解決方案,而AiP主要採SiP(System in Package)或PoP的結構來縮小天線體積。 而在雲端/基地台裝置的部分,曾劭鈞提到,5G的基地台要處裡更龐大的資料量,目前廠商採用先進的2.5D/3D封裝來提升訊號傳遞速度/品質,以Silicon die如CoWoS的矽中介層(Silicon...
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專訪陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman/產品協理蔡孟樵 檢測技術克服先進封裝挑戰

陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵(圖1)表示,在先進封裝結構日益複雜,單一封裝體內整合的晶片數量不斷增加之際,封裝廠對個別晶片的事前檢測,以及封裝成品的檢測需求,也跟著提高。如果封裝廠沒有在事前對晶粒進行全面檢測,萬一把故障的晶粒包進封裝,則整個封裝好的產品都會報廢。 圖1 陸得斯科技(Rudolph Technologies)產品協理蔡孟樵表示,先進封裝結構日益複雜,落實檢測對成本/良率的控管越來越重要。 另一方面,在晶片或封裝製程中產生的小瑕疵,有可能會隨著時間經過而惡化,導致整個元件失效。為了提高產品的可靠度,封裝廠必須導入更先進的檢測設備,才能抓到這些很容易被忽略的製程瑕疵。 晶粒檢測聚焦三大類瑕疵  一般來說,封裝廠的晶片瑕疵檢測,主要聚焦在三大類瑕疵,一是晶片正面的髮絲裂縫,二是在晶圓切割後產生的邊牆(Side Wall)裂縫,三是晶粒背面的裂縫。其中,邊牆裂縫是最棘手的問題,因為這類裂縫位在晶粒的側面,很難用傳統可見光檢測發現,但這類裂縫在晶片封裝完成,上電運作後,會因為晶片不斷熱漲冷縮,導致裂縫越來越大,最終造成元件失效。 要精準抓到這類瑕疵,必須靠特殊的可見光設計並搭配紅外線檢測,但紅外線檢測的速度遠不如可見光,因此業界始終很難有效率地處理這類瑕疵。所幸,邊牆裂縫的出現,跟晶粒本身的線路布局有很高的關聯性,當晶粒中某些區域承受的應力特別大時,該區域出現邊牆裂縫的機率也會增加。因此,陸得斯發展出一套對應的工具,會針對晶粒中承受高應力的區域進行額外的紅外線輔助檢測,以便在對檢測速度影響最小的前提下,強化邊牆裂縫的檢出率。 至於晶粒背面的裂縫,則是雷射切割製程的衍生結果。雷射切割其實沒有真的把晶圓切割成一顆顆晶粒,而是用雷射讓切割線所在位置的晶圓材質變得較為脆弱,等晶圓背後貼上藍膜,進行晶圓擴張時,晶粒才會受力分割開來。這種新的切割法不會造成邊牆現象,但卻會使晶圓背面承受額外應力,進而導致晶粒背面出現裂縫。 因此,封裝廠如果採用雷射切割技術,雖然不需要擔心邊牆裂縫,卻得對晶粒的正反兩面都進行瑕疵檢測,以確保良率。針對背面檢測,有些檢測設備是採取雙面同步探測,但解析度不足是這類設備普遍存在的問題。因此,陸得斯並未採取這種設計架構,而是用把待測晶圓翻面的方法,以確保測試機台的解析度夠高,能準確偵測出這類瑕疵。 RDL日益複雜 螢光檢測讓問題一覽無遺 在完成晶粒檢測,進入封裝製程後,封裝廠目前在檢測方面所遇到的最主要挑戰,就是如何鎖定重布線層(RDL)的缺陷。特別是在RDL線寬間距(L/S)從10/10微米迅速微縮到2/2微米,且堆疊層數越來越多的情況下,有機聚合物材料(PI)上的光阻劑殘留跟金屬線路沉積殘留等缺陷偵測,都會變得更加困難。 針對這些問題,陸得斯使用獨特的螢光檢測方法一次解決。在某些特定波長的螢光照射下,光阻劑若有殘留,該區域會出現螢光反應,而在此同時,因為金屬材質不會反射螢光,在畫面上會形成黑暗區域,因此檢測人員可以很輕鬆地發現光阻劑跟金屬沉積的異常殘留。 矽中介層面積過大 精準對位要靠線掃描 如果封裝廠是使用矽中介層(Si-interposer)來進行先進封裝,例如台積電的CoWoS,要面對的技術挑戰,主要是在對位(Alignment)上。因為隨著晶片封裝尺寸越來越大,表面又缺乏可以參照對位的特徵,所以對AOI設備會是一個非常大的挑戰。 傳統的對位機台使用區域掃描技術,一次只能掃描固定面積的區域,也就是機台的FoV。但對大晶片而言,若FoV不夠大,則會導致檢測設備無法準確對位而導致量測結果產生誤差。是故,陸得斯採取線掃描的新作法,讓機台的FoV得以大幅擴張,並搭配自行研發的演算法讓提升對位的精準度並且進行有效量測。 檢測問題日益複雜 技術配套必須更全面 事實上,陸得斯是一家產品線涵蓋十分全面的公司,除了檢測跟計量(Metrology)相關設備外,該公司還提供後段封裝所需的微影設備、步進機到晶圓探針卡以及各種軟體配套方案。這使陸得斯可用非常宏觀的角度來看整個封測產業的趨勢。 陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman(圖2)指出,建構廣泛的產品組合,是該公司的核心發展策略之一。藉由提供完整的產品組合,該公司可以滿足封測廠客戶各種製程的需求,同時也把自家公司全面嵌入到客戶的產線裡。因此,該公司在過去十年,一直透過各種購併來壯大產品線陣容,並創造更大綜效。 圖2 陸得斯資深行銷總監Timothy Kryman認為,後段檢測所遭遇到的問題將越來越複雜,技術配套必須更全面才能滿足客戶需求。 也因為陸得斯不僅提供檢測與計量,還提供高價的微影設備跟步進機台,因此公司可以很容易接觸到客戶的高層主管,進而在商業競爭中領先一步。技術領先與商業人脈等因素,不僅累積出公司現有的競爭優勢,也形成市場進入障礙。
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