Почему упаковка на уровне вефера (WLCSP) необходима для SRAM следующего поколения в носимых устройствах

Во время недавнего обсуждения носимых технологий Ральф Остерхаут, CEO The Osterhout Design Group, заметил: «Что не сработает — это громоздкое устройство, которое дистанцирует людей от их окружения. Если речь о чем-то, заставляющем вас выглядеть как молотоголовая акула с проводами? Тогда нет. Это не сработает.» (источник)

Чтобы сохранять отпечатки плат низкими, микроконтроллеры постоянно переходят на более мелкие технологические узлы, добавляя более сложную функциональность. Этот сдвиг неизбежно повышает потребность в более крупном наборном кэш-памяти. Однако каждый новый узел делает интеграцию дополнительного встроенного SRAM более сложной из-за более высоких частот мягких ошибок, более низких выходов и повышенного потребления энергии. Клиенты также требуют высоко кастомизированные варианты SRAM, делая непрактичным для вендоров MCU хранить каждый возможный размер кэша. Следовательно, многие проектировщики выбирают размещение кэша на внешнем чипе SRAM.

Но внешний SRAM приносит свой штраф по пространству. С шеститранзисторной ячейкой, уменьшение кристалла SRAM до более нового узла все равно оставляет громоздкий корпус, и те же проблемы надежности и питания, затрагивающие встроенные SRAM, повторяются.

Одно решение — объединить кристалл SRAM с кристаллом MCU в многочиповом корпусе (MCP) или 3D system-in-package (SiP). Хотя этот подход может уменьшить общую площадь платы, он требует значительных капитальных вложений и ограничивает гибкость после производства. Замена одного кристалла в SiP требует переквалификации всего корпуса, что дорого и долго.

Есть ли способ держать SRAM внешним, но резко сократить размер корпуса? Ответ кроется в минимизации соотношения площадь кристалла к площади корпуса.

Самый передовый метод сегодня — wafer-level chip-scale packaging (WLCSP). WLCSP собирает каждый кристалл в корпус сразу после раскроя, устраняя бондинговые провода или интерпозеры. По дизайну, chip-scale корпус занимает не более 20% большей площади, чем кристалл, и современные процессы могут добавить только тонкий слой материала для бампов, сохраняя отпечаток практически неизменным.

Рисунок. WLCSP, разработанная в Deca Technologies, сохраняет площадь кристалла, обеспечивая высокую плотность упаковки. (Источник: Deca Technologies/Cypress Semiconductor)

По сравнению с голым кристаллом, CSP предлагает несколько преимуществ: более легкое тестирование и манипулирование, более низкая стоимость сборки и превосходная теплопроводность. Более того, когда кристалл изготовлен в более новом технологическом узле, конверт CSP может остаться неизменным, позволяя прямые обновления без перепроектирования корпуса.

Для носимых и IoT-приложений экономия объема поразительна. Типичный 48-шаровый BGA SRAM сегодня измеряет 8 мм × 6 мм × 1 мм (48 мм³). В WLCSP корпусе тот же кристалл помещается в 3,7 мм × 3,8 мм × 0,5 мм, сокращение примерно на 85% по объему. Это сокращение напрямую переводится в более мелкие печатные платы и более тонкие конечные продукты.

Следовательно, спрос на WLCSP-основанные SRAM растет за пределами носимых устройств в более широкие IoT-экосистемы. Проектировщики, желающие использовать эти преимущества, могут обратиться к ресурсам вроде «Getting Started with Chip-Scale Packages» для лучших практик.