3D-гетерогенная интеграция легла в основу новой лаборатории DARPA

Фабрика полупроводников 1980-х годов в Остине, штат Техас, претерпевает реконструкцию. Техасский институт электроники (англ.ГАЛСТУК), как его сейчас называют, готовится стать единственным в мире передовым заводом по производству упаковки, занимающимся 3D-гетерогенной интеграцией (3DHI) — укладкой чипов, изготовленных из нескольких материалов, как кремниевых, так и некремниевых.

Фаб – это инфраструктура, лежащая в основе Программа DARPA «Производство микроэлектроники следующего поколения» (NGMM).. «NGMM ориентирован на революцию в микроэлектронике посредством 3D-гетерогенной интеграции», — сказал Майкл Холмсуправляющий директор программы.

Размещение двух или более кремниевых чипов в одном корпусе заставляет их действовать так, как будто они представляют собой одну интегральную схему. Он уже приводит в действие некоторые из самые современные процессоры в мире. Но DARPA прогнозирует, что стекирование «кремний-на-кремнии» приведет не более чем к 30-кратному увеличению производительности по сравнению с тем, что возможно при 2D-интеграции. Напротив, если делать это с использованием смеси материалов…нитрид галлия, карбид кремнияи другие полупроводники — могут обеспечить 100-кратный прирост, сообщил Холмс инженерам и другим заинтересованным сторонам на неофициальной вечеринке программы, саммите NGMM, в конце прошлого месяца.

Новый завод будет следить за тем, чтобы эти необычные многослойные чипы были прототипированы и изготовлены в Соединенных Штатах. Стартапы, а их было много на мероприятии, посвященном запуску, ищут место для прототипирования и начала производства идей, которые слишком странны для чего-либо еще — и, будем надеяться, в обход из лаборатории в фабрику долина смерти, уносящая жизни многих аппаратных стартапов.

Штат Техас выделит 552 миллиона долларов на поддержание фабрики и ее программ, а DARPA внесет оставшиеся 840 миллионов долларов. Ожидается, что после завершения пятилетней миссии NGMM фабрика станет самоокупаемым бизнесом. «Мы, честно говоря, стартап», — сказал генеральный директор TIE. Дуэйн ЛаБрэйк. «У нас больше возможностей для взлета, чем у типичного стартапа, но мы должны действовать самостоятельно».

Запуск 3DHI Fab

Достижение этого момента потребует много работы, но литейный цех TIE уже готов к быстрому старту. Во время осмотра объекта, IEEE-спектр видел несколько производство чипов и инструменты тестирования на различных стадиях установки, а также встретился с несколькими инженерами и техническими специалистами, которые начали работу в течение последних трех месяцев. TIE ожидает, что все инструменты завода будут готовы к первому кварталу 2026 года.

Способность клиентов литейного производства использовать их в предсказуемом производственном процессе не менее важна, чем сами инструменты. Это то, что особенно сложно разработать, объяснили представители TIE. На самом базовом уровне некремниевые пластины часто не имеют одинакового размера. И у них разные механические свойства, то есть они расширяются и сжимаются в зависимости от температуры с разной скоростью. Тем не менее, большая часть работы фабрики будет заключаться в соединении этих чипов вместе с точностью до микрометра.

Первым этапом этого является разработка так называемого комплекта проектирования процесса и комплекта проектирования сборки. Первый устанавливает правила, которые ограничивают полупроводниковый дизайн на фабрике. Последний, комплект для проектирования сборки, является настоящей сутью вещей, поскольку он определяет правила для 3D сборка и другая продвинутая упаковка.

Затем TIE доработает их с помощью трех проектов 3DHI, которые NGMM называет образцовыми. Это радар с фазированной решеткой, инфракрасный формирователь изображения, называемый решеткой в фокальной плоскости, и компактный преобразователь энергии. Пилотное внедрение их в производство «дает нам первоначальный план… путь к огромным инновациям в более широком пространстве приложений», — сказал Холмс.

Эти три совершенно разных продукта символизируют то, как заводу придется работать, когда он будет запущен в эксплуатацию. Руководители охарактеризовали его как литейное производство с «высоким ассортиментом и небольшими объемами», а это означает, что ему придется хорошо делать много разных вещей, но он не собирается производить много чего-то одного.

Это противоположность большинству кремниевых литейные заводы. Крупному заводу по производству кремния приходится запускать множество аналогичных тестовых пластин, чтобы выявить ошибки. Но TIE не может этого сделать, поэтому вместо этого он полагается на искусственный интеллект, разработанный стартапом из Остина. Песочница Полупроводник— чтобы помочь предсказать результат изменений в его процессах.

Попутно NGMM предоставит ряд исследовательских возможностей. «То, что мы имеем с NGMM, — это очень редкая возможность», — сказал Тед Мойзпрофессор UT в Далласе и член IEEE. С помощью NGMM университеты планируют работать над новыми пленками теплопроводности, технологией микрожидкостного охлаждения, пониманием механизмов отказа в сложных упаковках и многим другим.

«NGMM — странная программа для DARPA», — признался Уитни Мейсондиректор отдела микросистемных технологий агентства. «У нас нет привычки поднимать предприятия, занимающиеся производством».

Но неофициальным девизом города является «Сохраняйте Остин странным», так что, возможно, NGMM и TIE идеально подойдут.