תעשיית האלקטרוניקה, מעצם טבעה, שואפת כל הזמן להשתפר ברמת הביצועים ובד בבד, לצמצם את צריכת האנרגיה. החזון הזה מחלחל פנימה לתוך הרכיבים הקטנים שמייצרת התעשייה ופוגש את השבב הזעיר
הדרך למצעי IC מורכבים עוברת דרך מערכות המדידה ובקרת התהליכים של KLA
מאת: ד"ר נאוה שפיזמן
התעשייה מחויבת היום, יותר מתמיד, לייעל את הארכיטקטורה של השבב, אשר משנה לשנה נעשה מורכב יותר וצפוף יותר, מבחינת הרכיבים שהוא מכיל והחיבורים ביניהם. זה בדיוק המקום בו טכנולוגית ייצור ה- Integrated Circuit Substrates (ICS) נכנסת לתמונה.
ראשית, נבין מה זה מצע IC. ובכן, ICS זו שכבת ביניים, המחברת בין מארזי השבבים, אותם ניתן לכנות ה"מוח”, לבין לוחות המעגלים המודפסים (PCBs) אותם ניתן לכנות "הגוף". בעוד השבבים עשויים סיליקון ומכילים רכיבים בסדרי גודל ננומטרים, המעגלים המודפסים עשויים מפולימרים שונים והרכיבים בהם מגיעים לגודל של עשרות בודדות של מיקרונים. כך האתגר של מצע ה- IC הוא לגשר בין ה"מוח" ל"גוף", כאשר כל אחד מהם מתאפיין ברזולוציית הולכה שונה לחלוטין.
כתוצאה מכך, מצע ה- IC נראה כמו סנדוויץ' רב-שכבתי, שיכול להגיע אף ל- 20 שכבות ולרוב הוא כולל גם שכבת ליבה אמצעית שתפקידה להקנות יציבות ועמידות למארז השבבים. בין שכבות מצע ה- IC תוכלו למצוא תעלות הולכה (Vias) שנקדחו בצפיפות גבוהה, ומעליהן מונחים המעגלים המודפסים. תעלות נחושת אלו מעבירות את הסיגנל החשמלי, מצד אחד של הסנדוויץ' לצד השני, או מן המוח לגוף. רזולוציית המעגלים המודפסים הולכת ומשתנה בהדרגה, מן הקצה עם הרזולוציה הנמוכה לעבר זה עם הרזולוציה הגבוהה, במטרה להעביר את הסיגנלים בצורה חלקה. בשכבה העליונה, מעל המעגלים המודפסים בעלי הרזולוציה הגבוהה ביותר, מרכיבים את כל המודולים והמארזים. ואגב, ככל שרכיב מורכב מיותר שכבות כך הביצועים שלו רבים ומשוכללים יותר.
פגם קטן בשבב אחד עלול להרוס את המכשיר כולו
יש היום לפחות שלוש מגמות מרכזיות המשפיעות על עולם המוליכים למחצה והמארזים המתקדמים: הראשונה - הדרישה הגוברת למוצרי צריכה אלקטרוניים בכלל, ולמכשירים ניידים בפרט. על מנת לספק לצרכנים מכשירים נישאים, קומפקטים ובעלי פונקציונליות גבוהה יש צורך בפיתוח רכיבים אלקטרוניים מורכבים אלה. המגמה השניה היא כמובן ההתבססות של טכנולוגיות תקשורת מתקדמות בעולם, כגון 5G, והשלישית - הדרישה הצומחת למחשוב-על עם תפוקה גבוהה (HPC), בשילוב עם יישומי AI מתקדמים וגורמים נוספים, שממקדים את מאמצי היצרנים במיקסום הביצועים.
על מנת לאפשר את כל החדשנות שיכולה לנבוע ממגמות אלה, נדרשים יצרני מצע ה- IC למזער אותו בהתאמה לפיתוחים בשוק המוליכים למחצה והמארזים המתקדמים.
מהם הגורמים החשובים ביותר בייצור ICS?
היקף הנצילות ורמת האמינות הם הגורמים החשובים ביותר בתהליך הייצור של ICS. הארכיטקטורה של השבבים נעשית יותר ויותר מורכבת, ולכן מחייבת את התמיכה של מצע ה- IC אשר יודע לספק את החיבוריות הנדרשת בין כל הרכיבים במארז השבבים המתקדם, ולהבטיח שיפור בביצועים. חשוב גם לזכור כי מדובר במארזים עתירי שכבות, בעלי מורכבות ופונקציונליות מאד גבוהות, ואפילו פגם קטן אחד במבנה הארכיטקטוני של מצע ה- IC עלול להוביל לחוסר תפקוד של רכיב מסוים או אפילו לפסילת המכשיר האלקטרוני כולו.
לכן, למרות המורכבות ההולכת וגדלה, כדי להישאר תחרותיים, להוכיח כדאיות כלכלית ולהשביע את רצון הלקוחות, יצרני ICS חייבים להוכיח נצילות ואמינות ברמה הגבוהה ביותר.
בראש רשימת האתגרים תמצאו את העלויות הגבוהות של חומרי הגלם וריבוי שלבי הייצור. על מנת לעמוד בעלויות אלה חייבים היצרנים לייעל תהליכים, ולצמצם למינימום את מספר הפגמים שיכולים להיווצר בכל שלב בתהליך, ובכל שכבה של ה- ICS. לשם כך KLA מפתחת ומייצרת מערכות בקרה ומדידה איכותיות, לניטור העובי והאחידות של רכיבי ה- ICS. כמו כן, KLA מייצרת מערכות כתיבה וקידוח בלייזר המאפשרות יצירת מוליכים וקידוחים ברזולוציה גבוהה תוך שמירה על אחידות ודיוק. בנוסף, שימוש בפתרונות התוכנה והאוטומציה של החברה מאפשרים לחברות ייצור מצעי ה-IC לבצע אנליזות, אופטימיזציה ופנליזציה, וכך לייעל בצורה מקסימלית את תהליכי הייצור המורכבים ומרובי-השלבים.
העלייה המהירה ברמת החיבוריות בעולם המוליכים למחצה מציעה הזדמנות לשילוב תהליכים ומתודולוגיות של בקרת תהליכים לרוחב שלושת התחומים שמנינו: חזית המוצר, המארז והשכבות שמרכיבות אותו. אסטרטגיות חדשות בתהליך הייצור של ה- ICS, תוך שימוש במערכות בקרה אוטומטיות (AOI) כמו המערכות של KLA, יתרמו לצמצום הפגמים ושיפור התפוקה.
הכותבת היא מנהלת שיתופי פעולה אסטרטגיים בחטיבת המארזים והרכיבים האלקטרונים
