一种用于基于小芯片系统混合键合的可扩展应力恢复技术

《IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology》：A Scalable Stress Recovery Technique for Hybrid Bonding in Chiplet-Based Systems

　　

摘要：

后摩尔时代催生了多芯片和多堆叠芯粒（chiplet）系统的发展，混合键合（HB）作为一种实现超细间距互连的方法。本文提出了一种可扩展的应力恢复技术，专门用于HB的热力学分析。我们的方法通过对基于位移的有限元方法（FEM）进行后处理，提高了有限元内单元边界上 C?1 连续应力的准确性。该恢复技术仅专注于求解有限元附近的局部问题，非常适合在多核并行应用场景中部署。我们通过涉及芯片到晶圆（C2W）和裸片到晶圆（D2W）HB案例的数值算例来说明该方法的有效性，并分析其准确性、效率和可扩展性。总体而言，与传统方法相比，我们的方法展现出优势，在保持相同精度要求的同时，计算规模减少90.9%，运行时间减少95.4%，内存使用量减少44.5%。此外，我们在高性能计算（HPC）平台上评估了该技术的千核并行能力，强调其在模拟超高密度芯粒互连以及从模拟中评估键合空洞潜在风险方面的应用。

I. 引言

随着后摩尔时代的到来，在保持成本不变的情况下提高晶体管集成度变得越来越具有挑战性[1]。因此，基于芯粒的系统作为一种解决这一趋势的可行方案应运而生。这种技术将系统分解为更小的组件，并使用先进的封装技术将它们互连[2]。目前，芯粒设计已引起业界关注[3]，特别是在高带宽存储（HBM）[4]和NAND闪存技术[5]的制造中。这些设计需要超细间距电气互连。在各种键合技术中，无凸点直接铜对铜混合键合（HB）[6]因其能在倒装芯片键合（FCB）技术中实现高密度、低间距连接而受到欢迎。