L’attivazione delle piattaforme microelettroniche 3D: MCMs

MCM L'attivazione delle piattaforme microelettroniche 3D: MCMs

Le piattaforme microelettroniche 3D MCM diventano la tecnologia dominante per applicazioni dove lo spazio e’ più importante e li vedrete in processori come nel Intel Centrino Duo. Questo articolo parla delle strategie che l’industria ha escogitato per permettere la instancabile ricerca dell’infinitamente piccolo.

La scala decrescente nella microelettronica

Sin dall’inizio dell’era microelettronica c’e’ stata una ricerca continua per ridurre le dimensioni dei dispositivi: alcuni di essi sono qualificati "sub 40nm gate oxide range" la cui distribuzione commerciale e’ pianificata per la fine dell’anno, e grossi sforzi sono indirizzati verso tecnologie "sub 30mn." Ma la legge di Moore, come viene indicata questa spinta a ridurre le dimensioni, si applica in pratica non solo sulle dimensioni del silicio. Si estende alla catena di distribuzione, nei circuiti stampati, nella integrazione di sistema e nei dispositivi finali.

 

 

 

Uno schema di integrazione dei diversi componenti logici su un dispositivo.

Siamo circondati da questo processo di minimizzazione: i dispositivi che utilizziamo, portatili, telefoni cellulari, lettori MP3, macchine fotografiche, radio, ecc tutti hanno vissuto una trasformazione enorme nelle dimensioni e nel miglioramento della produttività e funzionalità nel corso di pochi anni.

Per illustrare questa cosa, mi e’ piaciuto quest’analogia che ho estratto dal sito Intel: se l’industria del trasporto avesse mantenuto lo stesso ritmo di sviluppo come ha fatto l’industria dei semiconduttori, volare in tutto il mondo costerebbe pochi centesimi, le macchine girerebbero con un unico pieno di carburante e noi non dovremmo pagare il gas ai prezzi di oggi. Spunti di riflessione, eh!

Insomma, questo articolo parla delle strategie che l’industria ha escogitato per permettere la instancabile ricerca dell’infinitamente piccolo. ""Multi Chip Modules o MCM"". Questo è un concetto piuttosto semplice, con conseguenze molto radicali. In passato la maggior parte dei componenti di una classica motherboard svolgevano una sola funzione: erano definiti come processore o logica, memoria, baseband, RF, ecc. La ragione di cio’ la differenziazione: e’ più facile guadagnare e mantenere un mercato stabile se ti specializzi in una applicazione di nicchia in modo da "accordare" la tua organizzazione per acquisire competenze di base nella progettazione e produzione per quel particolare "logic block". Per non parlare del fatto che impegnarsi in diversi settori è costoso e rischioso.

Questo e’ l’approccio che l’hanno scelto le fonderie e IDMs. L’eccezione sono quelle case con abbondanza di liquidi che hanno funzioni integrati o "building blocks", che sono complementari al loro obbiettivo principale e non richiedono sforzi notevoli. Un esempio tipico potrebbe essere quello di includere i core di elaborazione e la memoria flash per l’unità del processore. Questo approccio e’ normalmente conosciuto come System in a Chip (SIP). Alcuni vantaggi: l’eliminazione delle linee bus e packaging, prestazione elevata e alta frequenza; un rischio e’ il tempo più lungo del ciclo di progettazione e il problema evidente di mancanza di flessibilità se una nuova tendenza del mercato emerge che richiede un cambiamento in un componente, ma non negli altri; oppure diverse combinazioni che sono state progettate.

Per il resto dell’industria e’ semplicemente troppo caro progettare tante funzioni in un singolo chip di silicio. Comunque, nessuno non ha detto che più di un "building block" può essere utilizzato in ogni dispositivo. Questo e’ il trucco sui MCM: per definizione, MCM, non e’ una nuova tecnologia dei semiconduttori come per esempio 45nm, comunque ha permesso importanti risparmi di costi nell’ investimento, sviluppo e rilascio.

L’idea fondamentale e’ di combinare in un singolo dispositivo diverse funzioni, gestite singolarmente in modo tale che il modulo risultante fornisca una soluzione combinata. Alcuni vantaggi:

1. Miglioramento della prestazione in quanto sono eliminate le linee di bus che conducono i segnali avanti e indietro.

2. Progettazione rapida: per tanti OEM e’ solo una questione di prendere componenti standard (memoria, RF, processore) e metterli in un singolo contenitore; quindi questo conduce al disaccoppiamento dello sviluppo di nuovi dispositivi dall’avvento della tecnologia necessaria per costruire il singolo dispositivo. Questo consente al progettista di essere un terza parte lontano dal modello predominante di oggi che e’ stato dominato da IDM (ST Micro, Infineon, NXP, Qimonda, Toshiba) e ha condotto una rivoluzione senza fabbriche.

3. Risparmi significativi di costi associati con minimi investimenti di sviluppo (progettazione a parte)

4. Tempo di sviluppo più rapido e " time to money."

 

Una foto che chiarisce l’idea dei MCM e’ questa: in un cellulare 2G, come questo sotto, c’erano circa 440 dispositivi periferici montati su un PCB a 10 strati.

Molti di questi componenti sono stati sostituiti da moduli che uniscono molte caratteristiche mostrate sopra. Guarda questo 3G UMTS Radio: 86 componenti periferici embedded, 36 componenti periferici montati SMD per un totale di 122 componenti montati su un PCB a 4 strati.

Esiste sicuramente molto spazio e riduzione di costi fra queste due possibilità. E quindi come lo fanno? Esiste ovviamente qualche profitto associato con la migrazione dei componenti da "higher gate notes" nelle tecnologie 90, 65 or 45nm; anche l’integrazione avviene all’interno del chip utilizzando progetti system-in-chip. Ma ciò che veramente realizza i più significativi risparmi e’ che molti contenitori adesso includono funzioni multiple che ai vecchi tempi erano "impacchettati " singolarmente.

I MCM diventano la tecnologia dominante per applicazioni dove lo spazio e’ più importante e li vedrete in processori come nel Intel Centrino Duo, dove duo sta per due come si può vedere nella foto di seguito:

 

 

Processori GPUs/Baseband: la gente diventa più creativa con le tecniche di assemblaggio e stacking per includere molte parti utilizzando lo stesso spazio che si aveva prima: In queste foto si può vedere il numero dei chip che sono stati impilati (uno sopra l’altro): 4 nella foto sopra e 3 in quella sotto.

Ovviamente, questo richiede regole di progettazione molte aggressive, tanta abilita’ nella progettazione elettronica e nella fabbricazione per affrontare i problemi come manipolare le parti multichip senza un impatto sulla qualità o sull’affidabilità.

L’aspetto di fabbricazione e’ molto ambizioso: estendere la copertura su certe tecnologie da un spinta allo strumento di ottenere una capacita’ in aumento costante, ed alleviare sofferenze di sviluppo.

Per concludere, i MCM forniscono risparmi evidenti di spazio e costi che consentono piattaforme più economiche per mercati più competitivi (cellulari, portatili hansets). Hanno anche rivoluzionato il mondo dell’industria di microelettronica consentendo alle aziende di progettazione di diventare fornitori dominanti di soluzioni, dando in outsorcing tutti gli aspetti di fabbricazione ai fornitori specializzati: "fab to IDMs", assemblare e testare agli OSAT, che da loro la libertà di esplorare più opportunità di mercato con rischi minimali e massima esposizione

 

Di seguito troverete delle risorse per saperne di più.

http://sst.pennnet.com/Articles/Article_Display.cfm?Section=ARTCL&ARTICLE_ID=224942&dcmp=SSTGlobal_ARCH

http://www.amkor.com/EnablingTechnologies/3D/index.cfm

http://edageek.com/2007/07/16/imec-3d-sip/

http://electronicdesign.com/Articles/Index.cfm?ArticleID=11179

http://arri.uta.edu/micromanufacturing/micropackaging/3D_packaging.html

http://ap.pennnet.com/

http://www.imaps.org/DevicePackaging/3d08.htm

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14 Comments

  1. Cosimo Candita 1 febbraio 2011
  2. Cosimo Candita 1 febbraio 2011
  3. Alex87ai 2 febbraio 2011
  4. mingoweb 8 febbraio 2011
  5. bone 2 febbraio 2011
  6. Fabrizio87 2 febbraio 2011
  7. SuperG72 6 febbraio 2011
  8. stewe 2 febbraio 2011
  9. giuskina 2 febbraio 2011
  10. linus 1 febbraio 2011
  11. stewe 1 febbraio 2011
  12. Fabrizio87 1 febbraio 2011
  13. Fabrizio87 1 febbraio 2011
  14. Alex87ai 1 febbraio 2011

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