Paket Teknolojisi Üzerine Paket Nedir ve Nasıl Çalışır?

Daha küçük, daha hızlı ve daha güçlü elektronikler üretme yarışında, ultra ince akıllı telefonlardan kompakt tıbbi giyilebilir cihazlara kadar geleneksel yan yana çip yerleştirmesi bir duvara çarptı.Paket üzerinde paket (PoP) teknolojisini girin: Çip paketlerini (örneğin, altta bir işlemci, üstte hafıza) dikey olarak yığan, PCB alanını %50'ye kadar azaltan ve performansını artıran oyun değiştirici bir çözüm.PoP sadece alan tasarrufu değil; sinyal yollarını kısaltır, enerji tüketimini azaltır ve her milimetre ve milivatın önemli olduğu cihazlar için yükseltmeleri kolaylaştırır.Ana faydaları, gerçek dünya uygulamaları ve geleceğini şekillendiren en son gelişmeler.

Önemli Önemli Noktalar
1Uzay verimliliği: PoP, çipleri dikey olarak (yan yana karşı) yığar, PCB ayak izini %30%50 oranında azaltır ve akıllı saatler ve katlanabilir telefonlar gibi daha ince cihazlara olanak sağlar.
2.Hızlı performans: Yığılmış yongalar (örneğin, CPU + RAM) arasındaki sinyal yollarının kısaltılması gecikmeyi %20~40% ve düşük güç tüketimini %15~25% azaltır.
3Modülerlik: Her bir çip test edilir ve bireysel olarak değiştirilebilir.
4Çok yönlülük: Farklı tedarikçilerden gelen yongalarla çalışır (örneğin, bir Qualcomm CPU + Samsung RAM) ve yükseltmeleri destekler (örneğin, 4GB RAM'i 8GB'ye değiştirmek).
5Geniş uygulamalar: Tüketici elektronikleri (akıllı telefonlar, tabletler), otomotiv (ADAS sistemleri), sağlık (giyilebilir monitörler) ve 5G telekom (baz istasyonları) üzerinde egemenlik sahibi.

Paket Üzerine Paket (PoP) Teknolojisi nedir?
PoP, iki veya daha fazla yarı iletken paketini dikey olarak yığarak tek, kompakt bir modül oluşturan gelişmiş bir ambalajlama tekniğidir.Geleneksel "yan yana" yerleştirmenin aksine (CPU ve RAM'in ayrı PCB alanını işgal ettiği)PoP, kritik bileşenleri üst üste getirir. Tipik olarak altta bir mantık çipi (CPU, SoC) ve üstte küçük lehim topları veya mikro bomblar ile birbirine bağlı bir bellek çipi (DRAM, flash).Bu tasarım elektroniklerin nasıl yapıldığını değiştiriyor.Performansı feda etmeden minyatürleşmeyi öncelikli kılarak.

Temel Tanımlama ve Amaç
Temel olarak, PoP modern elektronik alanındaki iki en büyük sorunu çözüyor:

1Uzay kısıtlamaları: Cihazlar daha ince hale geldiğinde (örneğin, 7 mm akıllı telefonlar), yan yana çipler için yer kalmaz. PoP, yatay yerine dikey alanı kullanmak için bileşenleri yığar.
2Performans sıkıntıları: Uzak çipler arasındaki uzun sinyal yolları (örneğin, PCB'nin bir ucunda CPU, diğerinde RAM) gecikmelere ve sinyal kaybına neden olur.Süper şarj veri aktarımı.

PoP ayrıca modüler: Her bir çip yığılmadan önce test edilir. Eğer bir bellek çip başarısız olursa, tüm modülü değil sadece o parçanı değiştirirsiniz.Bu esneklik, entegre paketlere (çiplerin kalıcı olarak bağlandığı) karşı büyük bir avantaj sağlar., onarım maliyetlerini %60 oranında düşürdü.

Bir PoP Yığınının Ana Bileşenleri
Temel bir PoP kurulumunun dört kritik kısmı vardır; gelişmiş tasarımlar daha iyi performans için aracılar gibi ek eklentiler ekler:

Örnek: Bir akıllı telefonun PoP modülü 5nm Snapdragon 8 Gen 4 (alt paket) ve 8GB LPDDR5X RAM (üst paket) ile yığılmış olabilir.Bu modül sadece 15 mm × 15 mm PCB alanı alır yan yana yerleştirmenin yarısı.

PoP Teknolojisi Nasıl Çalışır: Adım Adım Süreci
PoP montajı, hizalama ve güvenilirliği sağlamak için özel ekipman (örneğin, lazer lehimli top jetleri, X-ışını müfettişleri) gerektiren hassaslıkla yönetilen bir işlemdir.

1- Montaj öncesi hazırlık
Yüklenmeden önce, her bileşen kusurlardan kaçınmak için temizlenmeli, test edilmeli ve hazırlanmalıdır:

a.PCB Temizleme: Temel PCB, peçey bağlarını kıran toz, yağ veya kalıntı kirleticileri kaldırmak için ultrasonik dalgalar veya basınçlı hava ile temizlenir.
b. Solder Paste Uygulama: PCB'lerin bant yerlerine (alt paketinin oturacağı yere) kesin bir miktarda solder pasta uygulamak için bir şablon (küçük delikli ince metal levha) kullanılır.
c. Çip testi: Hem alt (mantıksal) hem de üst (bellek) çipler ayrı ayrı test edilir (otomatik test ekipmanları kullanılarak,ATE) işlevsel kusurlu yongaların istifleme zamanını kaybetmekten kaçınmak için atılmasını sağlamak için.

2Alt Paket Yerleştirme
Mantıksal yonga (örneğin, SoC) önce PCB'ye yerleştirilir, çünkü yığının "temel"idir:

a.Dikkatli yerleştirme: Bir seçme ve yerleştirme makinesi (1 ¢ 5 μm doğrulukla) alt paketleri lehimli pasta kaplı PCB bantlarına yerleştirir.
b.Geçici Bağlama: Paket, geri akış sırasında kaymasını önlemek için düşük sıcaklıklı yapıştırıcı veya vakum basıncı ile yerinde tutulur.

3Top Paket Yerleştirme
Hafıza çipi doğrudan alt paketin üzerine yerleştirilmiş ve lehimleyici bantlarına hizalandırılmıştır:

a.Solder Ball Bağlantısı: Üst paket (hatıra) alt yüzeyinde önceden uygulanan soldurma topları (0.06 ′′ 0.9 mm) bulunur. Bu toplar alt paket üzerindeki bant düzenine uymaktadır.
b.Hizalama Kontrolü: Bir görme sistemi (kamera + yazılım) üst paketin alt paketle mükemmel bir şekilde hizalandığını sağlar.

4. Geri akış lehimleme
Tüm yığın, kalıcı bağlar oluşturarak lehimleri eritecek şekilde ısıtılır:

a.Fırın İşleme: PCB + yığılmış paketler kontrol edilen bir sıcaklık profili olan bir geri akış fırınından geçer (örneğin kurşunsuz lehim için 250 °C zirve).Bu, lehimli pasta (PCB'de) ve üst paketlerin lehimli toplarını eritir., güçlü elektrik ve mekanik bağlantılar oluşturur.
b. Soğutma: Uzun süreli güvenilirlik için kritik olan termal stresden (leğen çatlaklarına neden olan) kaçınmak için yığın yavaşça soğur.

5Denetim ve Test
Hiçbir PoP modülü fabrikadan titiz kontroller olmadan çıkmaz:

a.X-ışını denetimi: X-ışını makineleri çıplak gözle görünmeyen gizli kusurları (örneğin, lehim boşlukları, eksik toplar) arar.
b. Elektriksel Test: Bir "uçan prob" testi, sinyallerin üst/alt paketler ve PCB arasında doğru bir şekilde akıp akmadığını kontrol eder.
c.Mekanik Test: Modül, gerçek dünyadaki kullanımdan kurtulmasını sağlamak için termal döngüye (örneğin, -40 °C'den 125 °C'ye) ve titreşim testlerine maruz kalır.

Profesyonel İpucu: Gelişmiş PoP tasarımları, sadece lehim topları yerine katmanları bağlamak için yongalar üzerinden delinen küçük delikler kullanır.TSV'ler sinyal gecikmesini% 30 oranında azaltır ve 3 boyutlu yığmayı (iki katmandan fazla) sağlar.

Önemli Ayrıntılar: Bağlantı ve Malzemeler
PoP'nin çalışmasını sağlayan "yapıştırıcı" bağlantı sistemidir soldurma topları veya mikro toplar ve yığın oluşturmak için kullanılan malzemeler. Bu seçimler performans, güvenilirlik ve maliyeti doğrudan etkiler.

Lehim Topları: PoP Bağlantılarının Omurgası
Lehim topları, üst ve alt paketlerin birbirine bağlanması için birincil yollardır.

Arayıcılar: Yüksek Performanslı PoP için Gelişmiş Bağlantılar
Yüksek kaliteli cihazlar için (örneğin, 5G baz istasyonları, oyun GPU'ları), PoP sinyal ve ısı sorunlarını çözmek için üst ve alt paketler arasında ince katmanlar kullanır:

1Bir aralayıcı nedir? Çipler arasında bir "köprü" olarak hareket eden küçük tel veya TSV'lerle ince bir levha (silikon, cam veya organik malzeme). Güç dağıtır, çapraz gürültüyü azaltır ve ısıyı yayar.
2.Silicon aralayıcılar: Yüksek performans için altın standart. Modül başına 100.000+ bağlantı sağlayan ultra ince kablolama (1 ′′ 5 μm genişliğinde) ve TSV'lere sahiptir. NVIDIA GPU'ları gibi yongalarda kullanılır.
3.Şekil aralar: Silikondan daha ucuz, daha iyi ısı direnci ve büyük panellerle uyumlu gelişen alternatif. 5G ve veri merkezi yongaları için idealdir.
4Organik aralar: Düşük maliyetli, esnek ve hafif. Kullanıcı cihazlarda (örneğin, orta sınıf akıllı telefonlarda) maliyetin aşırı performanstan daha önemli olduğu kullanılır.

Örnek: TSMC'nin CoWoS (Chip on Wafer on Substrate), HBM (Yüksek Bant Genişliği Bellek) ile bir GPU'yu yığmak için bir silikon aralayıcı kullanan gelişmiş bir PoP varyantıdır.Bu tasarım, geleneksel yan yana yerleştirilmekten 5 kat daha fazla bant genişliği sağlar..

PoP Teknolojisinin Faydaları
PoP sadece alan tasarrufu hilesi değil, cihaz tasarımcıları, üreticileri ve son kullanıcılar için somut avantajlar sunar.

1Uzay verimliliği: Birinci avantaj
PoP'nin en büyük satış noktası PCB ayak izini küçültme yeteneğidir.

a.Kısaltılmış boyut: Bir PoP modülü (CPU + RAM), yan yana yerleştirilmeye göre %30~50% daha az alan alır. Örneğin, 15 mm × 15 mm PoP modülü, iki 12 mm × 12 mm çipin yerini alır (bu çipler 288 mm2 karşı 225 mm2'yi kaplar).
b. Daha ince cihazlar: Dikey yığma, daha ince tasarımlara olanak sağlayan çipler arasında geniş PCB izlerinin gerekliliğini ortadan kaldırır (örneğin, geleneksel ambalajlı 7 mm akıllı telefonlara karşı 10 mm modeller).
c.Daha fazla özellik: tasarruf edilen alan daha büyük piller, daha iyi kameralar veya rekabetçi tüketici elektroniği için ek sensörler için kullanılabilir.

2Performans artışı: Daha hızlı, daha verimli
Yığılmış yongalar arasındaki sinyal yollarının kısaltılması:

a.Daha hızlı veri transferi: Sinyaller sadece 1 ′′ 2 mm (yan yana tasarımlarda 10 ′′ 20 mm ile karşılaştırıldığında), gecikmeyi (gecikme) % 20 ′′ 40% azaltır. Bu, uygulamaların daha hızlı yüklenmesini ve oyunların daha düzgün çalışmasını sağlar.
b.Daha düşük güç kullanımı: Daha kısa yollar daha az elektrik direnci anlamına gelir, enerji tüketimini %15~25% azaltır. PoP'li bir akıllı telefon tek şarjla 1~2 saat daha uzun sürebilir.
c.Daha iyi sinyal kalitesi: Daha az mesafe, 5G ve yüksek hızlı bellek (LPDDR5X) için kritik olan veri güvenilirliğini geliştiren çapraz konuşmayı (signal müdahalesi) ve kaybı azaltır.

Aşağıdaki tablo bu performans kazanımlarını ölçer:

3Modülerlik ve Esneklik
PoP'un modüler tasarımı, farklı ihtiyaçlara kolayca uyarlanmasını sağlar:

a.Mix and match çipleri: Bir tedarikçiden (örneğin, MediaTek) bir CPU'yu başka bir tedarikçiden (örneğin, Micron) RAM ile eşleştirebilirsiniz. Tüm paketi yeniden tasarlamanıza gerek yok.
b.Kolay yükseltmeler: Bir akıllı telefonun "12GB RAM" sürümünü sunmak istiyorsanız, PCB'yi değiştirmek yerine üst paketi (4GB → 12GB) değiştirirsiniz.
c. Basit onarımlar: Bir bellek çipi arızalanırsa, tüm CPU modülünü değil sadece o parçanı değiştirirsiniz. Bu, üreticiler için onarım maliyetlerini% 60 oranında azaltır.

4. Maliyet tasarrufu (uzun vadeli)
PoP daha yüksek ön maliyetlere sahip olsa da (özel ekipman, test), zamanla para tasarrufu sağlar:

a.Daha düşük PCB maliyetleri: Daha küçük PCB'ler daha az malzeme kullanır ve daha az iz gerektirir, üretim maliyetlerini% 10~15 azaltır.
b. Daha az montaj aşaması: İki çipin bir modülde yığılması, iş zamanını azaltarak ayrı ayrı yerleştirme ve lehimleme gerekliliğini ortadan kaldırır.
c.Kararlı üretim: PoP'nin benimsenmesi arttıkça (örneğin, amiral gemisi akıllı telefonların% 80'i PoP'yi kullanır), ölçek ekonomileri bileşen ve ekipman maliyetlerini düşürür.

PoP Uygulamaları: Bugün Nerede Kullanılıyor?
PoP teknolojisi her yerde, günlük olarak kullandığımız cihazlarda ve inovasyonu yönlendiren endüstrilerde bulunmaktadır.

1Tüketici Elektronikleri: En Büyük Kullanıcı
Tüketici cihazları minyatürleşme ve performansı dengelemek için PoP'ye güveniyor:

a.Akıllı telefonlar: Amiral gemisi modelleri (iPhone 15 Pro, Samsung Galaxy S24) SoC + RAM modülleri için PoP'yi kullanır ve 8GB ̇ 16GB RAM ile ince tasarımlar sağlar.
b. Giyilebilir cihazlar: Akıllı saatler (Apple Watch Ultra, Garmin Fenix) 10 mm kalınlığında bir CPU, RAM ve flash belleği yerleştirmek için küçük PoP modülleri (5 mm × 5 mm) kullanır.
c.Tabletler ve dizüstü bilgisayarlar: 2'de 1 cihaz (Microsoft Surface Pro), daha büyük piller için yer tasarrufu sağlamak için PoP'yi kullanır ve pil ömrünü 2-3 saat uzatır.
d. Oyun Konsolları: El cihazları (Nintendo Switch OLED), kompakt bir formda pürüzsüz bir oyun sunarak özel bir NVIDIA Tegra CPU'yu RAM ile birleştirmek için PoP kullanır.

2Otomotiv: Bağlantılı Arabaları Güçlendirmek
Modern otomobiller, alan ve güvenilirliğin önemli olduğu kritik sistemlerde PoP kullanıyor:

a.ADAS (Gelişmiş Sürücü Yardımcılık Sistemleri): PoP modülleri güç radar, kamera ve lidar sistemleri – bir işlemciyi bellek ile birleştirmek gecikmeyi azaltır ve arabaların tehlikelere daha hızlı tepki vermesine yardımcı olur.
b.Bilgi eğlencesi: Araç dokunmatik ekranları, çok fazla gösterge panosu alanı almadan navigasyon, müzik ve bağlantı özelliklerini çalıştırmak için PoP'yi kullanır.
c.EV bileşenleri: Elektrikli araç batarya yönetim sistemleri (BMS) gerçek zamanlı olarak batarya durumunu izleyen bir mikrodenselleyiciyi bellek ile birleştirmek için PoP kullanır.

3Sağlık: Küçük, Güvenilir Tıbbi Cihazlar
Tıbbi giyilebilir cihazlar ve taşınabilir aletler PoP'lerin minyatürleşmesine bağlıdır:

a. Giyilebilir monitörler: Apple Watch Serisi 9 (EKG ile) gibi cihazlar, bir kalp atış hızı sensörü, CPU ve belleği 10 mm kalınlığında bir bantta yerleştirmek için PoP kullanır.
b.Taşınabilir Teşhis: Elde tutulabilen kan şekeri ölçüm cihazları verileri hızlı bir şekilde işlemek ve sonuçları depolamak için PoP'yi kullanır.
c.İmplan edilebilir cihazlar: Çoğu implant daha küçük ambalajlar kullanırken, bazı harici cihazlar (örneğin insülin pompaları) boyut ve işlevselliği dengelemek için PoP kullanır.

4Telekomünikasyon: 5G ve ötesinde
5G ağlarına hızlı, kompakt yongalar gereklidir.

a.Base İstasyonları: 5G baz istasyonları, küçük bir dış ünitede binlerce bağlantıyı işleyen bellek ile sinyal işlemcilerini bir araya getirmek için PoP'yi kullanır.
b.Routers & Modemler: Ev 5G yönlendiricileri, bir modem, CPU ve RAM'i bir kitabın büyüklüğündeki bir cihaza yerleştirerek, alan tasarrufu için PoP'yi kullanır.

Aşağıdaki tablo, PoP'lerin endüstriyel uygulamalarını özetliyor:

PoP Teknolojisinde Son Gelişmeler
PoP, daha küçük ve daha hızlı cihazlara olan talep nedeniyle hızla gelişiyor.
1. 3D PoP: İki katmandan fazla yığma
Geleneksel PoP iki katmanı (CPU + RAM) biriktiriyor, ancak 3D PoP daha da yüksek entegrasyonu sağlayan daha fazla ekliyor:

a.TSV Güçlü Yükleme: Üç veya daha fazla katmanı (örneğin, CPU + RAM + flash bellek) bağlamak için çipler içinden geçirilen silikon viaslar (TSV'ler) Samsung'un akıllı telefonlar için 3 boyutlu PoP modülleri 3 katmanı yığar,12GB RAM + 256GB flash 15mm × 15mm paketinde.
b.Wafer-Level PoP (WLPoP): Bireysel yongaları yığmak yerine, tüm yongalar birbirine yapıştırılır. Bu, maliyeti azaltır ve orta sınıf akıllı telefonlar gibi yüksek hacimli cihazlarda kullanılan hizalanmayı iyileştirir.

2Hibrit Bağlama: Bakır-Bakır Bağlantıları
Lehim topları, ultra yüksek performans için hibrit yapıştırma (bakır-bakır bağlantıları) ile değiştirilmektedir:

a.İşleme şekli: Üst ve alt paketlerdeki küçük bakır yastıklar birbirine basılır, bu da doğrudan, düşük dirençli bir bağlantı yaratır.
b.Faydalar: Lehim toplarına göre mm2 başına 5 kat daha fazla bağlantı; daha düşük gecikme (1ns vs 2ns); daha iyi ısı transferi. AMD'nin MI300X GPU'su gibi gelişmiş yongalarda kullanılır (Yapay zeka veri merkezleri için).

3Gelişmiş Aracılar: Cam ve Organik Malzemeler
Silikon interpozerleri performans açısından harika ama pahalı.

a.Şüşeden Interposers: Silikondan daha ucuz, daha iyi ısı direnci ve büyük panellerle uyumludur..
Organic Interposers: Esnek, hafif ve düşük maliyetli. Veri merkezlerinden daha düşük performans gereksinimleri olan akıllı saatler gibi tüketici cihazlarında kullanılır.

4. Ortak Paketlenmiş Optikler (CPO): Çipler ve Optikleri Birleştirmek
Veri merkezleri için, CPO, optik bileşenleri (örneğin, lazerler, dedektörler) PoP yığınlarıyla bütünleştirir:

a. Nasıl çalışır: Üst paket, fiber optik üzerinden veri gönderen / alan optik parçaları içerirken, alt paket bir CPU / GPU'dur.
b.Faydaları: Ayrı optiklere göre %50 daha düşük güç kullanımı; 10 kat daha fazla bant genişliği (kanal başına 100Gbps +). AI iş yüklerini ele almak için bulut veri merkezlerinde (AWS, Google Cloud) kullanılır.

5Panel-Level PoP (PLPoP): Büyük ölçekte seri üretim
Panel düzeyinde ambalaj, tek bir büyük panelde yüzlerce PoP modülü oluşturur (bireysel vafelere karşı):

a.Faydaları: Üretim süresini %40 azaltır; modül başına maliyeti %20 düşürür. Akıllı telefonlar gibi yüksek hacimli cihazlar için idealdir.
b.Sorun: Paneller işleme sırasında bükülebilir.

Sık Sorulan Sorular
1PoP ve 3D IC ambalajları arasındaki fark nedir?
PoP, tamamlanmış paketleri (örneğin, bir CPU paketi + bir RAM paketi) yığarken, 3D IC, TSV'leri kullanarak çıplak yongaları (paketlenmemiş ölçek) yığar.3D IC daha küçük ve daha hızlı iken (GPU gibi yüksek performanslı cihazlar için daha iyidir).

2PoP yığınları yüksek sıcaklıklara dayanabilir mi (örneğin, arabalarda)?
Evet, otomotiv sınıfı PoP, ısıya dayanıklı lehim (örneğin, teneke-kurşun alaşımı) ve -40 ° C'den 125 ° C'ye kadar dayanabilen malzemeler (ENIG bitirişleri) kullanır. Güvenilirliği sağlamak için 1000+ termal döngüye test edilir.

3PoP sadece küçük cihazlar için mi?
PoP akıllı telefonlarda / giyilebilir cihazlarda yaygın olsa da, 5G baz istasyonları ve veri merkezi sunucuları gibi büyük sistemlerde de kullanılır.Bunlar, yüksek gücü ele almak için ara konularla daha büyük PoP modülleri (20mm × 20mm +) kullanır.

4Geleneksel ambalajlarla karşılaştırıldığında PoP teknolojisinin maliyeti ne kadar?
PoP'nin ön maliyetleri (makine, test) %20-30 daha yüksek, ancak uzun vadeli tasarruflar (daha küçük PCB'ler, daha az onarım) bunu telafi ediyor.PoP geleneksel ambalajlardan daha ucuz hale geliyor.

5PoP yapay zeka çipleriyle kullanılabilir mi?
Absolutely ✓ AI yongaları (örneğin, NVIDIA H100, AMD MI300) GPU'ları HBM belleği ile yığmak için gelişmiş PoP varyantlarını (karıştırıcılarla) kullanır.

Sonuçlar
Paket Üzerine Paket (PoP) teknolojisi, modern elektronikleri nasıl inşa ettiğimizi yeniden tanımladı. Akıllı telefonlardan 5G baz istasyonlarına kadar cihazlar için "çok küçük" den "tam olarak" haline geldi.PoP, minyatürleşme ve performansın çifte zorluklarını çözüyor: PCB alanını %30-50 azaltır, gecikme süresini %60 azaltır ve tasarımları modüler ve onarılabilir tutarak enerji tüketimini %25 azaltır.

Teknoloji ilerledikçe, PoP sadece daha iyi hale geliyor. 3 boyutlu yığma, hibrit bağlama ve cam aralarındaki cihazlar daha küçük, daha hızlı ve daha verimli cihazlar sağlayarak sınırlarını zorluyor.Otomotiv (ADAS) ve sağlık (giyilebilir monitörler) gibi endüstriler için, PoP sadece lüks değil, katı boyut ve güvenilirlik gereksinimlerini karşılamak için bir zorunluluktur.

Tasarımcılar ve üreticiler için mesaj açık: PoP sadece bir ambalaj trendi değil, elektroniklerin geleceği.veya bir veri merkezi GPU, PoP, rekabetçi kalmak için gereken alan tasarrufu, performans ve esnekliği sağlar.PoP, yarının kullandığımız elektronikleri şekillendiren inovasyonun ön saflarında kalacak.