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芯片的结构完整性

随着半导体向最先进的节点和新的封装推进,可靠性正在采取一个全新的维度。

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新的挑战是在地平线上,这是一个可以对芯片设计的一些有趣后果 - 结构完整性。

自Finfet和3D NAND引入以来,这些线路一直在电气和机械工程之间模糊。经过一些初步报告鳍片折叠或破坏,层之间的可变距离,芯片制造商弄清楚如何解决一些相当复杂的结构问题。但由于鳍片变得更薄,最终由纳米片,纳米线和最终碳纳米管替换 - 随着更多芯片堆叠,用于记忆或复杂的异构整合 - 机械工程将在半导体中取得更大的作用。

这一点在求职网站上已经很明显了,芯片公司在招聘机械工程师。从事复杂设计的芯片制造商正在越来越多地建造微型塔,他们在芯片上添加的结构越多,出现机械和电气问题的可能性就越大。3nm堆栈的物理效应将是两者的结合,对于之后的每个节点,这两个世界几乎是不可分割的。

这对从设计到制造的整个流程都有影响,从来没有真正考虑过柱子和微隆起的应力效应。例如,众所周知,热量和封装会对设备造成足够的压力,使多芯片封装或晶圆发生扭曲,但这种物理应力也会对整体可靠性产生影响。随着金属0和金属1的新材料被开发出来,随着这些设备以不同的方式组合在一起,并被期望在更长的时间内发挥作用,压力将发挥更大的作用。

几乎所有的开发和监测工具和测试都关注电子功能。识别关节上的应力,并随着时间的推移观察影响,只需要一堆散落在设备周围的传感器。虽然碎片随着时间的推移,碎片以可预测的方式失败,但机械应力不太明显且较难测量。虽然压力点需要时间削弱,但实际的失败可能会更快地发生。桥梁可以在电缆上侵蚀多年后崩溃。汽车中的转向杆可以工作一秒钟并失败了下一个。建筑物可以出于各种原因崩溃,几乎都没有明显,直到实际发生故障。

在个位数的纳米水平上,特别是当多个芯片密封在一个封装中时,如果没有在故障发生的精确位置切开封装或使用一些奇异的x射线技术来近距离观察,几乎不可能知道发生了什么。即便如此,可能也很难确定到底是什么原因导致了失败。

尽管如此,预测,建模和检测这些故障将来将成为未来必不可少的,特别是随着芯片发现他们进入诸如公开的汽车,机器人,甚至通信基础设施的恶劣环境。对于在非常不同的区域中具有专业知识的工程师之间的某种方式也是必不可少的,直到每次开始对防止失败的情况开始时可能看起来不必要的东西,更不用说同一部分的企业预算来确保这些设备将在其预期的一生中可靠地工作。

半导体行业本身正变得更加复杂和多样化。现在,构建一个先进的芯片需要多物理和跨领域的专业知识,而随着规模的不断扩大和先进封装变得更加主流,这一趋势只会加速和扩大。过去很少有交集的学科突然以非常高的速度汇聚在一起,在这一点上,没有人确切地知道这将如何在整个芯片行业发挥作用。



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