Die (Halbleitertechnik)

Ein Die (engl. [daɪ] „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, auf denen sich je ein vollständiges, funktionsfähiges Bauteil befindet.

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 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“

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-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 und RAM untergebracht.

Beispiele aus der Industrie

Chip	Die-Fläche	Transistoren	Fertigungsgröße
Nvidia GF110	520 mm²	3 Mrd.	40 nm
AMD Cayman (RV970)	389 mm²	2,64 Mrd.	40 nm
AMD Phenom II X6	346 mm²	904 Mio.	45 nm
Intel Core i7-980X	248 mm²	1,17 Mrd.	32 nm

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 Cache „on-Die“, also direkt auf dem gleichen Chip, was höhere Taktraten und Busbreiten erlaubt 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, 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

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Literatur

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