Mai Silicon a i Silicon Carbide: Pehea e wehewehe hou ai nā mea hoʻokele wela kiʻekiʻe i ka hoʻopili ʻana o ka Chip

Ua lōʻihi ka lilo ʻana o Silicon i kihi o ka ʻenehana semiconductor. Eia nō naʻe, i ka piʻi ʻana o nā transistor densities a me nā mea hana hou a me nā modula mana e hoʻoulu ai i nā mana kiʻekiʻe aʻe, ke kū nei nā mea i hoʻokumu ʻia i ka silicon i nā palena koʻikoʻi i ka hoʻokele wela a me ke kūpaʻa mechanical.

Karbida silika(SiC), kahi semiconductor ākea-bandgap, hāʻawi i ka conductivity thermal kiʻekiʻe a me ka paʻakikī mechanical, ʻoiai e mālama ana i ke kūpaʻa ma lalo o ka hana wela kiʻekiʻe. Ke nānā nei kēia ʻatikala pehea e hoʻololi hou ai ka hoʻololi ʻana mai ka silicon a i SiC i ka ʻōpala chip, e hoʻokele ana i nā ʻano hoʻolālā hou a me nā hoʻomaikaʻi hana pae ʻōnaehana.

1. Conductivity Thermal: Ke kamaʻilio ʻana i ka Bottleneck Dissipation Heat

ʻO kekahi o nā pilikia nui i ka hoʻopili ʻana i nā ʻāpana liʻiliʻi, ʻo ia ka wehe wikiwiki ʻana i ka wela. Hiki i nā mea hana hana kiʻekiʻe a me nā mea hana mana ke hoʻopuka i nā haneli a i nā tausani watts i kahi wahi liʻiliʻi. Me ka ʻole o ka hoʻolaha wela kūpono, kū mai kekahi mau pilikia:

• Nā mahana hoʻohui kiʻekiʻe e hoʻemi ana i ke ola o ka hāmeʻa

• Ka holo ʻana o nā ʻano uila, e hoʻopilikia ana i ke kūpaʻa o ka hana

• Ka hōʻiliʻili ʻana o ke kaumaha mechanical, e alakaʻi ana i ka haki ʻana o ka pūʻolo a i ʻole ka hāʻule ʻana

ʻO ka conductivity thermal o ka Silicon ma kahi o 150 W/m·K, ʻoiai hiki i ka SiC ke hiki i 370–490 W/m·K, ma muli o ke kuhikuhi kristal a me ka maikaʻi o ka mea. ʻO kēia ʻokoʻa koʻikoʻi e hiki ai i ka hoʻopili ʻana ma muli o SiC ke:

• E hoʻokele i ka wela me ka wikiwiki a me ke ʻano like

• Nā mahana hui piko haʻahaʻa

• E hōʻemi i ka hilinaʻi ʻana i nā hoʻonā hoʻoluʻu waho nui

2. Paʻa Mekanika: Ke Kī Huna i ka Hilinaʻi Pūʻolo

Ma waho aʻe o nā noʻonoʻo wela, pono nā ʻeke chip e kū i ka pōʻaiapuni wela, ke kaumaha mechanical, a me nā ukana kūkulu. Hāʻawi ʻo SiC i kekahi mau pono ma luna o ka silicon:

• ʻO ka modulus o Higher Young: ʻOi aku ka paʻakikī o SiC ma mua o ka silicon, e kūʻē ana i ke kūlou a me ka warpage

• ʻO ke koina haʻahaʻa o ka hoʻonui wela (CTE): ʻOi aku ka maikaʻi o ka hoʻohālikelike ʻana me nā mea hoʻopili e hōʻemi ana i ke kaumaha wela

• Paʻa kemika a me ka wela kiʻekiʻe: Mālama i ka pono ma lalo o nā wahi haʻahaʻa, wela kiʻekiʻe, a i ʻole nā ​​​​​​wahi ʻino

Hāʻawi pololei kēia mau waiwai i ka hilinaʻi lōʻihi a me ka loaʻa ʻana, ʻoi aku hoʻi i nā noi pūʻolo mana kiʻekiʻe a kiʻekiʻe paha.

3. He Hoʻololi i ka ʻIke Hoʻolālā Pūʻolo

Hilinaʻi nui ka ʻōpala silicon kuʻuna i ka hoʻokele wela o waho, e like me nā heatsinks, nā papa anuanu, a i ʻole ka hoʻoluʻu hana, e hana ana i kahi kumu hoʻohālike "passive thermal management". Hoʻololi nui ka hoʻohana ʻana o SiC i kēia ʻano hana:

• Hoʻokele wela i hoʻokomo ʻia: ʻO ka pūʻolo ponoʻī e lilo i ala wela kiʻekiʻe

• Kākoʻo no nā mānoanoa mana kiʻekiʻe: Hiki ke kau kokoke ʻia nā ʻāpana a hoʻopaʻa ʻia me ka ʻole o ka ʻoi aku ma mua o nā palena wela

• ʻOi aku ka maʻalahi o ka hoʻohui ʻana o ka ʻōnaehana: Hiki ke hoʻokō ʻia ka hoʻohui ʻana o ka multi-chip a me ka heterogeneous me ka ʻole o ka hoʻopilikia ʻana i ka hana wela

ʻO ke kumu, ʻaʻole wale ʻo SiC he "mea ʻoi aku ka maikaʻi" - hiki iā ia ke hoʻihoʻi i nā ʻenekinia e noʻonoʻo hou i ka hoʻolālā chip, nā interconnects, a me ke ʻano hoʻolālā pūʻolo.

4. Nā hopena no ka hoʻohui ʻokoʻa

Hoʻohui nui nā ʻōnaehana semiconductor hou i ka logic, ka mana, RF, a me nā mea photonic i loko o hoʻokahi pūʻolo. Loaʻa i kēlā me kēia ʻāpana nā koi thermal a me mechanical ʻokoʻa. Hāʻawi nā substrates a me nā interposers i hoʻokumu ʻia ma SiC i kahi kahua hoʻohui e kākoʻo ana i kēia ʻano like ʻole:

• ʻO ke alakaʻi wela kiʻekiʻe e hiki ai ke hoʻolaha like i ka wela ma nā polokalamu he nui

• Hoʻopaʻa ka paʻakikī mechanical i ka pono o ka pūʻolo ma lalo o ka hoʻonohonoho paʻakikī a me nā hoʻonohonoho kiʻekiʻe

• ʻO ke kūlike me nā polokalamu ākea ākea e kūpono loa ai ʻo SiC no ka mana o ka hanauna hou a me nā noi kamepiula hana kiʻekiʻe

5. Nā Manaʻo Hana Hana

ʻOiai ʻo SiC e hāʻawi ana i nā waiwai mea kiʻekiʻe loa, ʻo kona paʻakikī a me ke kūpaʻa kemika e hoʻolauna i nā pilikia hana kūikawā:

• Hoʻomāmā ʻana i ka wafer a me ka hoʻomākaukau ʻana i ka ʻili: Pono ka wili pololei a me ka poli ʻana e pale aku i nā māwae a me ke kaua ʻana

• Hoʻokumu ʻana ma o ke ʻano a me ke ʻano hoʻohālike: Pono pinepine nā vias ratio kiʻekiʻe i nā ʻano hana etching maloʻo i kōkua ʻia e ka laser a i ʻole nā ​​​​​​ʻano hana etching maloʻo holomua

• ʻO ka metallization a me nā interconnects: Pono nā ala uila hoʻopili hilinaʻi a me ke kū'ē haʻahaʻa i nā papa pale kūikawā

• Nānā a me ka kaohi ʻana i ka hua: ʻO ke koʻikoʻi o nā mea a me nā nui wafer nui e hoʻonui i ka hopena o nā hemahema liʻiliʻi

He mea nui ka hoʻoponopono pono ʻana i kēia mau pilikia no ka hoʻomaopopo ʻana i nā pono piha o SiC i loko o ka hoʻopili hana kiʻekiʻe.

Hopena

ʻOi aku ka hoʻololi ʻana mai ka silicon a i ka silicon carbide ma mua o ka hoʻonui ʻana i nā mea—hoʻololi hou ia i ke ʻano holoʻokoʻa o ka chip packaging. Ma ka hoʻohui ʻana i nā waiwai thermal a me nā mechanical kiʻekiʻe i loko o ka substrate a i ʻole interposer, hiki iā SiC ke hoʻonui i nā mana kiʻekiʻe, hoʻomaikaʻi i ka hilinaʻi, a me ka maʻalahi o ka hoʻolālā ʻana i ka pae ʻōnaehana.

I ka hoʻomau ʻana o nā mea semiconductor e hoʻokuke i nā palena o ka hana, ʻaʻole nā ​​​​mea SiC wale nō he mau hoʻomaikaʻi koho - he mau mea kōkua nui lākou i nā ʻenehana hoʻopili hanauna hou.