វិធីសាស្ត្ររួមបញ្ចូលអុបតូអេឡិចត្រូនិច

អុបតូអេឡិចត្រូនិចវិធីសាស្ត្រ​សមាហរណកម្ម

ការរួមបញ្ចូលនៃហ្វូតូនិកនិង​អេឡិចត្រូនិក គឺជាជំហានដ៏សំខាន់មួយក្នុងការកែលម្អសមត្ថភាពនៃប្រព័ន្ធដំណើរការព័ត៌មាន ដែលអាចឱ្យមានអត្រាផ្ទេរទិន្នន័យលឿនជាងមុន ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប និងការរចនាឧបករណ៍កាន់តែតូចជាងមុន និងបើកឱកាសថ្មីៗដ៏ធំសម្រាប់ការរចនាប្រព័ន្ធ។ វិធីសាស្ត្រសមាហរណកម្មជាទូទៅត្រូវបានបែងចែកជាពីរប្រភេទ៖ ការរួមបញ្ចូល monolithic និងការរួមបញ្ចូលគ្នា multi-chip។

ការរួមបញ្ចូលឯកតា
ការរួមបញ្ចូលម៉ូណូលីទិកពាក់ព័ន្ធនឹងការផលិតគ្រឿងបន្លាស់ហ្វូតូនិក និងអេឡិចត្រូនិចនៅលើស្រទាប់ដូចគ្នា ជាធម្មតាដោយប្រើសម្ភារៈ និងដំណើរការដែលឆបគ្នា។ វិធីសាស្រ្តនេះផ្តោតលើការបង្កើតចំណុចប្រទាក់ដ៏រលូនរវាងពន្លឺ និងអគ្គិសនីនៅក្នុងបន្ទះឈីបតែមួយ។
គុណសម្បត្តិ៖
១. កាត់បន្ថយការខាតបង់ការតភ្ជាប់៖ ការដាក់ហ្វូតុង និងគ្រឿងបន្លាស់អេឡិចត្រូនិចនៅជិតគ្នា កាត់បន្ថយការខាតបង់សញ្ញាដែលទាក់ទងនឹងការតភ្ជាប់ក្រៅបន្ទះឈីប។
2, ការអនុវត្តប្រសើរឡើង៖ ការរួមបញ្ចូលគ្នាកាន់តែតឹងរ៉ឹងអាចនាំឱ្យមានល្បឿនផ្ទេរទិន្នន័យលឿនជាងមុន ដោយសារតែផ្លូវសញ្ញាខ្លីជាងមុន និងការថយចុះភាពយឺតយ៉ាវ។
៣, ទំហំតូចជាង៖ ការរួមបញ្ចូលឯកតាតែមួយអនុញ្ញាតឱ្យមានឧបករណ៍តូចៗខ្ពស់ ដែលមានប្រយោជន៍ជាពិសេសសម្រាប់កម្មវិធីដែលមានកន្លែងកំណត់ ដូចជាមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ ឬឧបករណ៍យួរដៃ។
៤, កាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពល៖ លុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់កញ្ចប់ដាច់ដោយឡែក និងការតភ្ជាប់ចម្ងាយឆ្ងាយ ដែលអាចកាត់បន្ថយតម្រូវការថាមពលបានយ៉ាងច្រើន។
បញ្ហាប្រឈម៖
១) ភាពឆបគ្នានៃសម្ភារៈ៖ ការស្វែងរកសម្ភារៈដែលគាំទ្រទាំងមុខងារអេឡិចត្រុងដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងមុខងារហ្វូតូនិកអាចជាការប្រឈមមួយ ពីព្រោះវាជារឿយៗតម្រូវឱ្យមានលក្ខណៈសម្បត្តិខុសៗគ្នា។
2, ភាពឆបគ្នានៃដំណើរការ៖ ការរួមបញ្ចូលដំណើរការផលិតចម្រុះនៃអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតុងនៅលើស្រទាប់ដូចគ្នាដោយមិនធ្វើឱ្យខូចដំណើរការនៃសមាសធាតុណាមួយគឺជាកិច្ចការស្មុគស្មាញមួយ។
៤, ការផលិតស្មុគស្មាញ៖ ភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ដែលត្រូវការសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតូណុង បង្កើនភាពស្មុគស្មាញ និងថ្លៃដើមនៃការផលិត។

ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបច្រើន
វិធីសាស្រ្តនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានភាពបត់បែនកាន់តែច្រើនក្នុងការជ្រើសរើសសម្ភារៈ និងដំណើរការសម្រាប់មុខងារនីមួយៗ។ នៅក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នានេះ សមាសធាតុអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតូនិកបានមកពីដំណើរការផ្សេងៗគ្នា ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានផ្គុំជាមួយគ្នា និងដាក់នៅលើកញ្ចប់ ឬស្រទាប់ខាងក្រោមរួម (រូបភាពទី 1)។ ឥឡូវនេះ ចូរយើងរាយបញ្ជីរបៀបភ្ជាប់រវាងបន្ទះឈីបអុបតូអេឡិចត្រូនិច។ ការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់៖ បច្ចេកទេសនេះពាក់ព័ន្ធនឹងទំនាក់ទំនងរូបវន្តដោយផ្ទាល់ និងការភ្ជាប់នៃផ្ទៃរាបស្មើពីរ ដែលជាធម្មតាត្រូវបានសម្របសម្រួលដោយកម្លាំងភ្ជាប់ម៉ូលេគុល កំដៅ និងសម្ពាធ។ វាមានគុណសម្បត្តិនៃភាពសាមញ្ញ និងការតភ្ជាប់ដែលមានសក្តានុពលទាប ប៉ុន្តែតម្រូវឱ្យមានផ្ទៃដែលតម្រឹម និងស្អាត។ ការភ្ជាប់សរសៃ/ក្រឡាចត្រង្គ៖ នៅក្នុងគ្រោងការណ៍នេះ សរសៃ ឬអារេសរសៃត្រូវបានតម្រឹម និងភ្ជាប់ទៅនឹងគែម ឬផ្ទៃនៃបន្ទះឈីបហ្វូតូនិក ដែលអនុញ្ញាតឱ្យពន្លឺត្រូវបានភ្ជាប់ចូល និងចេញពីបន្ទះឈីប។ ក្រឡាចត្រង្គក៏អាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការភ្ជាប់បញ្ឈរ ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាពនៃការបញ្ជូនពន្លឺរវាងបន្ទះឈីបហ្វូតូនិក និងសរសៃខាងក្រៅ។ រន្ធឆ្លងកាត់ស៊ីលីកុន (TSVs) និងមីក្រូប៊ូម៖ រន្ធឆ្លងកាត់ស៊ីលីកុនគឺជាការតភ្ជាប់បញ្ឈរតាមរយៈស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុន ដែលអនុញ្ញាតឱ្យបន្ទះឈីបត្រូវបានដាក់ជង់ជាបីវិមាត្រ។ រួមផ្សំជាមួយចំណុចមីក្រូប៉ោង ពួកវាជួយសម្រេចបាននូវការតភ្ជាប់អគ្គិសនីរវាងបន្ទះឈីបអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតូនិកក្នុងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធដែលដាក់ជង់គ្នា ដែលសមស្របសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលដង់ស៊ីតេខ្ពស់។ ស្រទាប់អន្តរការីអុបទិក៖ ស្រទាប់អន្តរការីអុបទិកគឺជាស្រទាប់ដាច់ដោយឡែកមួយដែលមានមគ្គុទ្ទេសក៍រលកអុបទិកដែលបម្រើជាអន្តរការីសម្រាប់បញ្ជូនសញ្ញាអុបទិករវាងបន្ទះឈីប។ វាអនុញ្ញាតឱ្យមានការតម្រឹមយ៉ាងច្បាស់លាស់ និងអកម្មបន្ថែម។សមាសធាតុអុបទិកអាចត្រូវបានរួមបញ្ចូលសម្រាប់ភាពបត់បែននៃការតភ្ជាប់កាន់តែច្រើន។ ការភ្ជាប់បែបចម្រុះ៖ បច្ចេកវិទ្យាភ្ជាប់ទំនើបនេះរួមបញ្ចូលគ្នានូវការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ និងបច្ចេកវិទ្យាមីក្រូប៊ូម ដើម្បីសម្រេចបាននូវការតភ្ជាប់អគ្គិសនីដង់ស៊ីតេខ្ពស់រវាងបន្ទះឈីប និងចំណុចប្រទាក់អុបទិកដែលមានគុណភាពខ្ពស់។ វាមានសក្តានុពលជាពិសេសសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលអុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ ការភ្ជាប់ប៊ូមសូល៖ ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងការភ្ជាប់បន្ទះឈីបត្រឡប់ ការភ្ជាប់ប៊ូមសូលត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតការតភ្ជាប់អគ្គិសនី។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅក្នុងបរិបទនៃការរួមបញ្ចូលអុបតូអេឡិចត្រូនិច ការយកចិត្តទុកដាក់ជាពិសេសត្រូវតែយកចិត្តទុកដាក់ចំពោះការជៀសវាងការខូចខាតដល់សមាសធាតុហ្វូតូនិកដែលបណ្តាលមកពីភាពតានតឹងកម្ដៅ និងការរក្សាការតម្រឹមអុបទិក។

រូបភាពទី 1: គ្រោងការណ៍ភ្ជាប់បន្ទះឈីបទៅបន្ទះឈីបអេឡិចត្រុង/ហ្វូតុង

អត្ថប្រយោជន៍នៃវិធីសាស្រ្តទាំងនេះគឺមានសារៈសំខាន់៖ នៅពេលដែលពិភព CMOS បន្តធ្វើតាមការកែលម្អនៅក្នុងច្បាប់របស់ Moore វានឹងអាចសម្របខ្លួន CMOS ឬ Bi-CMOS ជំនាន់នីមួយៗបានយ៉ាងឆាប់រហ័សទៅលើបន្ទះឈីបហ្វូតូនិកស៊ីលីកុនដែលមានតម្លៃថោក ដោយទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍ពីដំណើរការល្អបំផុតនៅក្នុងហ្វូតូនិក និងអេឡិចត្រូនិច។ ដោយសារតែហ្វូតូនិកជាទូទៅមិនតម្រូវឱ្យមានការផលិតរចនាសម្ព័ន្ធតូចៗខ្លាំងទេ (ទំហំសំខាន់ៗប្រហែល 100 ណាណូម៉ែត្រគឺធម្មតា) ហើយឧបករណ៍មានទំហំធំបើប្រៀបធៀបទៅនឹងត្រង់ស៊ីស្ទ័រ ការពិចារណាផ្នែកសេដ្ឋកិច្ចនឹងមានទំនោរជំរុញឱ្យឧបករណ៍ហ្វូតូនិកត្រូវបានផលិតនៅក្នុងដំណើរការដាច់ដោយឡែកមួយ ដោយបំបែកចេញពីអេឡិចត្រូនិចជឿនលឿនណាមួយដែលត្រូវការសម្រាប់ផលិតផលចុងក្រោយ។
គុណសម្បត្តិ៖
១, ភាពបត់បែន៖ សម្ភារៈ និងដំណើរការផ្សេងៗគ្នាអាចត្រូវបានប្រើដោយឯករាជ្យ ដើម្បីសម្រេចបាននូវដំណើរការល្អបំផុតនៃសមាសធាតុអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតូនិក។
2, ភាពចាស់ទុំនៃដំណើរការ៖ ការប្រើប្រាស់ដំណើរការផលិតដែលមានភាពចាស់ទុំសម្រាប់សមាសធាតុនីមួយៗអាចធ្វើឱ្យការផលិតមានភាពសាមញ្ញ និងកាត់បន្ថយថ្លៃដើម។
៣, ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង និងការថែទាំកាន់តែងាយស្រួល៖ ការបំបែកសមាសធាតុអនុញ្ញាតឱ្យសមាសធាតុនីមួយៗត្រូវបានជំនួស ឬធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងកាន់តែងាយស្រួលដោយមិនប៉ះពាល់ដល់ប្រព័ន្ធទាំងមូល។
បញ្ហាប្រឈម៖
១, ការបាត់បង់ការតភ្ជាប់៖ ការតភ្ជាប់ក្រៅបន្ទះឈីបបង្កឱ្យមានការបាត់បង់សញ្ញាបន្ថែម ហើយអាចត្រូវការនីតិវិធីតម្រឹមស្មុគស្មាញ។
2, ភាពស្មុគស្មាញ និងទំហំកើនឡើង៖ សមាសធាតុនីមួយៗតម្រូវឱ្យមានការវេចខ្ចប់ និងការតភ្ជាប់បន្ថែម ដែលបណ្តាលឱ្យមានទំហំធំជាង និងអាចមានតម្លៃខ្ពស់ជាង។
៣, ការប្រើប្រាស់ថាមពលខ្ពស់ជាង៖ ផ្លូវសញ្ញាវែងជាង និងការវេចខ្ចប់បន្ថែមអាចបង្កើនតម្រូវការថាមពលបើប្រៀបធៀបទៅនឹងការរួមបញ្ចូល monolithic។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖
ការជ្រើសរើសរវាងការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបតែមួយ និងបន្ទះឈីបច្រើនអាស្រ័យលើតម្រូវការជាក់លាក់នៃកម្មវិធី រួមទាំងគោលដៅប្រតិបត្តិការ ការរឹតបន្តឹងទំហំ ការពិចារណាលើការចំណាយ និងភាពចាស់ទុំនៃបច្ចេកវិទ្យា។ ទោះបីជាមានភាពស្មុគស្មាញនៃការផលិតក៏ដោយ ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបតែមួយមានអត្ថប្រយោជន៍សម្រាប់កម្មវិធីដែលត្រូវការការបង្រួមអប្បបរមា ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប និងការបញ្ជូនទិន្នន័យល្បឿនលឿន។ ផ្ទុយទៅវិញ ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបច្រើនផ្តល់នូវភាពបត់បែននៃការរចនាកាន់តែច្រើន និងប្រើប្រាស់សមត្ថភាពផលិតកម្មដែលមានស្រាប់ ដែលធ្វើឱ្យវាសមស្របសម្រាប់កម្មវិធីដែលកត្តាទាំងនេះលើសពីអត្ថប្រយោជន៍នៃការរួមបញ្ចូលកាន់តែតឹងរ៉ឹង។ នៅពេលដែលការស្រាវជ្រាវរីកចម្រើន វិធីសាស្រ្តកូនកាត់ដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវធាតុផ្សំនៃយុទ្ធសាស្ត្រទាំងពីរក៏កំពុងត្រូវបានរុករកដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រតិបត្តិការប្រព័ន្ធ ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយបញ្ហាប្រឈមដែលទាក់ទងនឹងវិធីសាស្រ្តនីមួយៗ។