Die (Halbleitertechnik)

Ein Die ([daɪ], englisch für „Würfel“, „Plättchen“, dt. Plural i. A. „Dies“; englischer Plural: dice oder dies [daɪs] und die [daɪ]) ist in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik die Bezeichnung eines einzelnen, ungehäusten Stücks eines Halbleiter-Wafers. Ein solches Die wird üblicherweise durch Sägen oder Brechen des fertig bearbeiteten Wafers in rechteckige Teile (dicing) gewonnen. In der Regel befindet sich auf einem Die ein Bauteil, z. B. ein Transistor, Leuchtdiode, oder eine komplexe Baugruppe, z. B. integrierter Schaltkreis, ein Mikrosystem. Um möglichst lange von der Parallelfertigung auf dem Wafer zu profitieren, findet das Zerteilen im normalen Produktionsprozess zuletzt statt, direkt vor dem Einbau in ein Gehäuse bzw. dem Aufbringen auf einen Schaltungsträger (vgl. Direktmontage). Solche Dies werden dann „Chip“ bzw. „Nacktchip“ genannt. Auch wenn ein Wafer (geplantermaßen) vor der Fertigstellung des Bauteils bzw. der Baugruppe zerteilt wird (sogar noch unstrukturiert ist), werden die Teilstücke als Dies bezeichnet.

Die des NE555 mit Bonddrähten

Etymologie

Wafer von 2 Zoll bis 8 Zoll

Die Bezeichnung „die“ rührt vom Küchenenglisch her: „slice and dice“ bedeutet – etwa in Bezug auf eine Gurke – wörtlich „erst in Scheiben schneiden und dann würfeln“ bzw. „kleinschneiden“. 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“

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

Die eines AMD-Opteron-Sechs-Kern-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

Produkt	Die-Maße	Die-Fläche (mm²)	Technologieknoten	Transistor­zahl (Mio.)	Kommentar/Bauteil
NE555				00000,000 024	Timer-IC, erste Version aus 1971
Intel 4004	03 mm × 4 mm	012	10-µm-PMOS	00000,002 3	Hauptprozessor, erster Mikroprozessor
Intel Itanium 2 (Tukwila)	21,5 mm × 32,5 mm	698,75	65-nm-Bulk-CMOS	00221	Mehrkern-Hauptprozessor
AMD Phenom II X6		346	45 nm	00750	Mehrkern-Hauptprozessor
Nvidia Fermi GF110		520	40 nm	03 000	Grafikprozessor
AMD Cayman (RV970)		389	40 nm	02 640	Grafikprozessor
Intel Core i7-980X		248	32 nm	01 170	Mehrkern-Hauptprozessor
AMD FX		315	32 nm	01 200	Mehrkern-Hauptprozessor
Nvidia Kepler GK110 B		533	28 nm	07 100	Grafikprozessor
AMD Tahiti (R1000)		365	28 nm	04 310	Grafikprozessor
Nvidia Pascal GP100		610	16-nm-FinFET	15 300	Grafikprozessor
NVIDIA Volta GV100-Chip		815	12-nm-FinFET	21 100	Grafikprozessor

Digitale und analoge Signalschaltungen können immer öfter 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 demselben Chip lässt sich mit dem Begriff „on-Die“ umschreiben: Die CPU hat den Cache „on-Die“, was höhere Taktraten und Busbreiten ermöglicht und damit den Datenaustausch deutlich beschleunigt.

Verarbeitung

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, das 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 Dies wird als Ausbeute (engl. yield) bezeichnet und ist eine wichtige Kennzahl zur Beurteilung des Fertigungsprozesses und der Wirtschaftlichkeit einer Produktionslinie.

Literatur

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

Weblinks

Commons: Integrated circuit dies – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien