Die (Halbleitertechnik)

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Ein Die ([daɪ], englisch für „Würfel“, „Plättchen“, Plural: dies oder dice [daɪs]) ist in der Halbleitertechnik die Bezeichnung eines einzelnen ungehäusten Halbleiter-Chips. Ein solcher Die oder „Nacktchip“ wird üblicherweise durch Sägen oder Brechen des fertig bearbeiteten Wafers in rechteckige Teile gewonnen (dicing), auf denen sich je ein vollständiges, funktionsfähiges Bauteil befindet.

Die des NE555 mit Bonddrähten

Etymologie[Bearbeiten]

Wafer von 2 Zoll bis 8 Zoll

Die Bezeichnung „die“ rührt vom Küchenenglisch her: „slice and dice“ bedeutet – etwa eine Gurke – „erst in Scheiben schneiden und dann würfeln“. Dementsprechend beginnt man bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit einem – gurkenähnlichen – Siliziumbarren, dieser wird dann „in Scheiben geschnitten“ – daraus entstehen die „wafer“ = „Waffeln“ – und dann „zerhackt“ – daraus entstehen dann die „dice“ = „Würfel“. Da die Wafer sehr dünn sind, sehen die „dice“ allerdings nicht würfelförmig aus, sondern entsprechen in ihrer Form sehr flachen Quadern.

„Bare Chip“[Bearbeiten]

Mit „Bare Chip“ oder „Bare Die“ (deutsch „Nacktchip“) werden integrierte elektronische Bauelemente bezeichnet, die nicht herkömmlich in einem Plastik- oder Keramikgehäuse verbaut, sondern ohne Gehäuse weiterverarbeitet werden. Sie werden direkt auf einer Leiterplatte oder einem keramischen Substrat aufgebracht und mittels Drahtbonden elektrisch mit umliegenden Bauelementen verbunden.

Anwendung[Bearbeiten]

Die eines AMD-Opteron-Six-Cores-Mikroprozessors

Im Zuge der fortschreitenden Integration werden immer mehr Baugruppen, die zuvor als einzelne Chips nebeneinander auf einer Platine angebracht wurden, auf einem gemeinsamen Chip vereint. Mittlerweile werden auf einem Die mit etwa einem Quadratzentimeter Fläche mehrere hundert Millionen Transistoren für CPUs, GPUs oder RAM untergebracht.

Beispiele aus der Industrie
Chip Die-Maße Die-Fläche Technologieknoten Kommentar/Bauteil
Intel 4004[1] 3 mm × 4 mm 12 mm² 10-µm-PMOS Hauptprozessor, erster Mikroprozessor
Intel Itanium 2 (Tukwila)[2] 21,5 mm × 32,5 mm 698,75 mm² 65-nm-Bulk-CMOS Mehrkern-Hauptprozessor
STMicroelectronics 1-GBit-NOR-Flash[3] 6,6 mm × 7,7 mm 50,82 mm² 65 nm Flash-Speicher
AMD Phenom II X6 346 mm² 45 nm Mehrkern-Hauptprozessor
Nvidia Fermi GF110[4] 520 mm² 40 nm Grafikprozessor
AMD Cayman (RV970)[4] 389 mm² 40 nm Grafikprozessor
Intel Core i7-980X 248 mm² 32 nm Mehrkern-Hauptprozessor
AMD FX 315 mm² 32 nm Mehrkern-Hauptprozessor
Nvidia Kepler GK110 B 533 mm² 28 nm Grafikprozessor
AMD Tahiti (R1000)[4] 365 mm² 28 nm Grafikprozessor
Samsung Exynos 7420[5] ≈78 mm² 14-nm-FinFET-CMOS ARM-System-on-a-Chip

Digitale und analoge Signalschaltungen können zunehmend mit leistungselektronischen Elementen auf einem Chip untergebracht werden (z. B. BiCMOS-Technologie).

Eine Kombination von zwei sich ergänzenden Baugruppen, wie etwa CPU und Cache auf einem Chip lässt sich mit dem Begriff „on-Die“ umschreiben: Die CPU hat den Cacheon-Die“, also direkt auf dem gleichen Chip, was höhere Taktraten und Busbreiten erlaubt und damit den Datenaustausch deutlich beschleunigt.

Verarbeitung[Bearbeiten]

Mit der Weiterverarbeitung der Dies – Gehäusung und Integration in die schaltungstechnische Umgebung – beschäftigt sich die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT, engl. packaging).

Als Known Good Die (KGD) bezeichnet man ein entsprechend den Vorgaben getestetes und als gut befundenes Halbleiterplättchen, welches je nach Produkt ein einzelnes Bauelement, zum Beispiel einen Transistor, oder auch eine komplexe Schaltung wie einen Mikroprozessor enthalten kann. Gute bzw. defekte Dies können hierzu noch im Wafer-Verbund durch elektrische Nadeltester ermittelt werden. Defekte Bauteile wurden früher durch einen Farbpunkt gekennzeichnet (geinkt) und werden vom nachfolgenden Prozess des Kontaktierens und Einhausens (Zyklus II, engl. Packaging) ausgeschlossen.

Das Verhältnis von brauchbaren zur Gesamtzahl aller auf einem Wafer vorhandenen Dice wird als Ausbeute (engl. yield) bezeichnet und ist eine wichtige Kennzahl zur Beurteilung des Fertigungsprozesses und der Wirtschaftlichkeit einer Produktionslinie.

Siehe auch[Bearbeiten]

 Commons: Category:CPU dies – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur[Bearbeiten]

  • Graham Neil: Time is right for bare die. In: European Semiconductor. 27, Nr. 11, 2005, S. 11–12.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Guy De la Bédoyère: The First Computers. Evans Brothers, 2005, ISBN 0-237-52741-3, S. 36 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Lambert Schaelicke, Eric DeLano: Intel Itanium Quad-Core Architecture for the Enterprise. 2010, S. 5, abgerufen am 12. Juli 2015 (PDF, Präsentationsfolien, Eighth Workshop on Explicitly Parallel Instruction Computing Architectures and Compiler Technology (EPIC-8)).
  3. Furure of Flash NOR. In: maltiel-consulting.com. Abgerufen am 12. Juli 2015.
  4. a b c nVidia GK104: 3,54 Milliarden Transistoren auf nur 294mm2 Chip-Fläche. 3DCenter.org, 13. März 2012, abgerufen am 21. Juni 2014.
  5. Inside the Samsung Galaxy S6 – Chipworks. In: chipworks.com. 2. April 2015, abgerufen am 12. Juli 2015 (englisch).