探讨延续摩尔定律的新方法
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转自：半导体行业观察（ID：icbank）
翻译自：allaboutcircuits
作者：Gary Elinoff
当心摩尔定律！对内存的需求不断增长，迫使半导体公司在芯片上增加更多的晶体管。
Xperi公司推出了一种新的半导体器件IC封装键合技术，他们将其命名为DBIUltra。
DBI Ultra是Invensas的DBI wafer-to-wafer混合键合技术的后续产品，该技术已广泛应用于智能手机图像传感器的生产。DBI代表直接键合互连（direct bond interconnect），这是一种直接将两层半导体晶圆“在室温下无需任何压力或粘合剂”放置在一起的方法。Invensas表示，DBI在各种应用领域都发挥了重要作用，包括移动设备、物联网设备，以及工业、汽车和医疗行业的各种应用。
最新的DBI Ultra技术将在3D堆叠存储器，以及需要将存储器与CPU、GPU、FPGA或SoC集成的2.5D和3D应用中取得类似的成功。
或许你以前见过“3D IC”这个术语，或许它与2D IC形成了鲜明对比。但是2.5D呢？
在2.5D结构中，裸片不会堆叠在其他裸片之上或之下。相反，裸片被封装在一个平面上，并相互连接。
对于3D结构，就像DBI Ultra这样的工艺所实现的那样，裸片被多层堆叠在一起。因此，真正的3D拓扑是可能的。
通过3D集成，工程师可以在第三维中向上构建，而不是将更多器件塞入给定的长度和宽度的空间。显而易见的类比是，不是将更多的公寓塞进一层建筑用地，而是建造第二层，然后在其上面建第三层，依此类推。以后的每一层都可以容纳跟一层一样多的住户，电子器件的形式亦然。
在“楼层”之间实现电气连接的“楼梯”称为TSV（硅通孔）。TSV的短长度使得芯片之间的电气通路更加紧密，这对于当今和未来的电子设备所需的超快带宽至关重要。
IDBI wafer-to-wafer混合键合连接两个晶圆（图片来源：Invensas）
Invensas总裁Craig Mitchell称DBI Ultra是“最终的3D互连和集成解决方案。这种具有生产价值的die-to-wafer混合键合平台使半导体行业能够超越摩尔定律，为下一代电子产品提供前所未有的2.5D和3D集成灵活性。”
值得一提的是，摩尔定律在技术上是指芯片上晶体管的密度。也许最准确的说法是，Xperi在这里避免了挑战摩尔定律所带来的典型问题，即在芯片上增加更多的层，而不是传统的在IC中封装更多晶体管的方法。
HBM代表高带宽存储器。这种密集存储器的堆叠是由垂直堆叠的裸片构成的。垂直堆叠意味着更短的电路径，从而实现更快的内存速度。
多年来，3D内存一直是热门话题，包括2016年美光的HMC （hybrid memory cube，混合存储器立方体）和今天的Promwad等。三星、SK海力士半导体和Yangste Memory Technologies公司一直在追求3D闪存。东芝的存储器单元也在这一领域掀起了波澜，介绍了BiCS 3D闪存的裸片堆叠方法，用于更密集的内存（上次我们查看的结果是96层）。
由Xperi的Invensas子公司生产的DBI Ultra将使制造12-high HBM堆叠和12-high HBM堆叠成为可能，这是一项重要的进步，因为它满足了下一代高性能计算对封装高度和性能的苛刻要求。
最新的JEDEC标准仅规定了12-high HBM堆叠，因此Xperi使用DBI Ultra可以达到12-high HBM堆叠，这一点值得注意。
wafer-to-wafer、die-to-wafer以及die-to-die键合（图片来源：Invensas）
DBI Ultra支持室温混合键合，特别适用于高密集封装的存储器应用。它放弃了传统的铜柱和底部填充，这使得更薄的堆叠仍然能够实现精细的互连，最小可达1µm互连间距。
电子设计中的两个最紧迫的要求是：需要更快地处理信息，以及需要使用更少的功率来处理信息。这两个优势都是通过die-to-wafer和die-to-die键合进一步发展的。毫不奇怪，业界对这项技术非常感兴趣。
Samsung的Flashbolt提供410千兆字节/秒（GBps）的数据带宽和16GB的内存。它旨在应用于超级计算机、图形系统和AI。各种来源报告说，它是在8-high HBM堆叠配置中构建的。
由于当今主流技术对功率和速度的限制，AMD也是积极拥抱HBM存储器的公司之一。
HBM 存储器（图片来源：AMD）
*点击文末阅读原文，可阅读英文原文。
*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。
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