Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Heterogén integráció a mikroelektronikában

    A tantárgy angol neve: Heterogeneous Integration in Microelectronics

    Adatlap utolsó módosítása: 2024. január 28.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    MSc Elektronikai rendszerintegráció Mellékspecializáció
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEMB02   2/1/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék dr. Bognár György,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://edu.vik.bme.hu 
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Bognár György, egyetemi docens, EET

    Dr. Plesz Balázs, egyetemi docens, EET

    Dr. Szabó Péter Gábor, egyetemi docens, EET

    Rózsás Gábor, tudományos segédmunkatárs, EET

    7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy keretében a hallgatók megismerkednek a korszerű elektronikai tokozásokkal, azok felépítésével, kialakításuk és alkalmazhatóságuk előnyeivel, korlátaival és a felépítésükhöz szükséges félvezető- és szereléstechnológiai háttérrel. Különösen nagy hangsúlyt fektetünk a More-than-Moore 3D integráció és a különböző integrációs szintek (System-on-Chip, System-in-Package, System-on-Package) megismerésére és összehasonlítására, a 2.5D és 3D integrált eszközök kialakítási technológiájának, termikus és konstrukciós kérdéseinek vizsgálatára. 

    Megismerkednek a mikroelektronikában széles körűen alkalmazott heterogén integrációval, az áramköri tokozások tervezésének módszertanával és gyakorlati, készségszintű ismereteket szereznek az áramköri tokozások kialakításának technológiájában. Ennek keretében megismerik a különböző köztes hordozó megvalósításokkal, és elsajátítják a különböző szeletkötési, chip beültetési módszereket. 

    A korszerű tokozások kialakításánál a termikus szempontú tervezés (thermal aware) módszertanának, lépéseinek megismerése elengedhetetlenül fontossá vált. A tárgy keretében az újszerű hűtési és termikus menedzsment eljárásokkal is megismerkednek a hallgatók. 
    8. A tantárgy részletes tematikája
    • System-on-chip és System-on-Package (U)VLSI rendszerek felépítése, tervezésük módszertana, az alkalmazott tervezési lépéssor (design-flow) részletes bemutatása, fejlődési trendek, korlátok, jövőbeli lehetőségek.
    • Áramköri tokozás fogalma. Klasszikus elterjedten alkalmazott homogén, 2D tokozások. Korszerű homogén és heterogén; 2.5D és 3D tokozási technológiák. Stacked die struktúrák, System-on-Chip, Sytem-in-Package, System-on-Package, Wafer-level-Packaging, Fan-Out WLP packaging fogalma. 3D integráció tervezési szempontjai és elterjedt technológiái.
    • Vegyesjelű rendszerchip (SoC) eszközök alkalmazásának és kialakításának előnyei. Új részegységek a SoC rendszerekben. Neurális hálózatok (NPU), gépi tanulás hardver kialakítási lehetőségei, Edge Computing előnyei.
    • Heterogén integráció a mikroelektronikában. Eltemetett szilícium réteget tartalmazó köztes hordozós kialakítások és passzív/aktív szilícium köztes hordozót alkalmazó tokozások. EMIB, Foveos, C2C bonding, chiplet fogalma és alkalmazásának előnyei, hátrányai, chipek közötti kommunikáció kialakítása, chipek közötti kommunikációs szabványok megismerése, optikai kommunikáció kialakításának lehetőségei.
    • IC tervezés és a tokozás kapcsolata a tervező szemszögépből. Hard-IP, soft-IP és chiplet alapú tervezés fogalmainak megismerése, összehasonlításuk a tervezés és megvalósítás szemszögéből. Korszerű tokozások tervezésének lépései (packaging design-flow), összeköttetések kialakítása, path finding és dynamic timing delay tuning fogalma, IBIS modell generálása, cross-domain integration, gyártásba küldendő fájlok.
    • Tokozások parazita hatásainak vizsgálata RF, termikus és egyéb fizikai szempontok alapján: IBIS modell, Delphi modell, 2R modell. 
    • Az elektronikai tokozások kialakításának termikus kérdései. Alkalmazott termikus interfész anyagok (TIM) jellemzői, a RTH_JC hőellenállás csökkentésének lehetőségei, domináns hőutak meghatározása, jellemző hőátadási mechanizmusok. 
    • Aktív és passzív hűtési megoldások, mikrocsatornás hűtőeszközök és ezek karakterizációs és modellezési lehetőségei.
    • Gyártástechnológiai alapok: marási technológiák, szilícium szeletek vékonyítása, darabolása, TSV kialakítása, szilícium szeletek kétoldalas megmunkálása, szeletkötési eljárások, RDL réteg kialakítása.
    • Die bonding technológiák bemutatása, huzalkötési eljárások, felhasználási lehetőségeik heterogén integrált rendszerek kialakításánál.
    • Flip-chip kötések – technológiák, illesztési módszerek, microbumpok/micropillarok kialakítása, C4 kötési eljárások.
    • Mikroméretű csatornák kialakítási technológiája (in die, in conduction layer, in interposer), csatornák és aktív elemek együttes kialakítása Si interposerben.
    • Esettanulmány bemutatása, aktuálisan alkalmazott integrált tokozás példáján 
    • Kitekintés, ipari trendek, várható fejlődési irányok. 
    A gyakorlatok/laborok részletes tematikája

    • Elkészítendő heterogén integrált rendszer megismerése, felépítésének és az alkalmazni kívánt technológiai lépéssor megismerése, hőtani kézi számítások végzése.
    • Chipek beültetése és kikötése huzalkötéssel és flip-chip technológiával, elkészített eszközök bemérése, kötési technológiák gyakorlati összehasonlítása
    • Termikus hűtőcsatornákat tartalmazó chip szimulációja
    • Hűtőcsatornákat tartalmazó chip készítése és bemérése I. – mikrocsatornák készítése
    • Hűtőcsatornákat tartalmazó chip készítése és bemérése II. – chipek összeillesztése és egymáshoz kötése
    • Hűtőcsatornákat tartalmazó chip készítése és bemérése III. – elkészült hűtőcsatornás chip termikus karakterizálása
    •     Tokbontás, reverse engineering, modern tokozások felépítésének vizsgálata
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tantárgy elméleti anyagát a 2 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük. A tárgyhoz laboratóriumi gyakorlat (1 óra/hét) tartozik.
    10. Követelmények Szorgalmi időszakban
        
    A nagy zárthelyi elégséges szintű teljesítése és a tárgyhoz tartozó laboratóriumi gyakorlatok sikeres teljesítése és a jegyzőkönyv(ek) határidőre történő leadása.

    Vizsgaidőszakban
        
    A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megszerzése a szorgalmi időszakban vagy a korábbi években megszerzett aláírás is elfogadható. A tárgyból írásbeli és szóbeli részből álló vizsgát tartunk.
    11. Pótlási lehetőségek A nagy zárthelyi a pótlási időszakban egy alkalommal pótolható. További pótlási lehetőség (pl. pót-pót ZH) nem áll rendelkezésre. A szorgalmi időszakban lehetőséget biztosítunk két laboratóriumi foglalkozás pótlására.
    12. Konzultációs lehetőségek Zárthelyik ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés vagy e-mail képezi a konzultáció alapját.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Elektronikusan elérhető előadás fóliák, oktató által készített segédanyagok.

    Tanszéki elektronikus jegyzetek a tanszéki tanulmányi felületről.

    John H. Lau, Semiconductor Advanced Packaging, Springer, 2021, ISBN: 978-981-16-1375-3, https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-16-1376-0
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra42
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire16
    Házi feladat elkészítése0
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása6
    Vizsgafelkészülés30
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Bognár György, egyetemi docens, EET

    Dr. Plesz Balázs, egyetemi docens, EET