Balenie polovodičov sa vyvinulo z tradičných 1D návrhu PCB na špičkové 3D hybridné väzby na úrovni doštičiek. Tento pokrok umožňuje prepojené rozstupy v jednocifernom rozsahu mikrónov s šírkami pásma až do 1 000 GB/s, pričom si zachováva vysokú energetickú účinnosť. V jadre pokročilých technológií polovodičových obalov sú 2,5D balenia (kde sú komponenty umiestnené bok po boku na sprostredkovateľskej vrstve) a 3D balenie (ktoré zahŕňa vertikálne stohovanie aktívnych čipov). Tieto technológie sú rozhodujúce pre budúcnosť systémov HPC.
Technológia 2.5D balenie zahŕňa rôzne materiály medzi sprostredkovateľmi, z ktorých každý má vlastné výhody a nevýhody. Sprostredkovateľské vrstvy kremíka (SI), vrátane plne pasívnych kremíkových doštičiek a lokalizovaných kremíkových mostov, sú známe tým, že poskytujú tie najlepšie schopnosti zapojenia, čo ich robí ideálnymi pre vysoko výkonné výpočty. Sú však nákladné z hľadiska materiálov a výroby a obmedzení čelných v oblasti obalov. Na zmiernenie týchto problémov sa zvyšuje použitie lokalizovaných kremíkových mostov a strategicky využíva kremík, kde je vynikajúca funkčnosť pri riešení obmedzení oblasti kritická.
Organické sprostredkovateľské vrstvy, ktoré používajú formované plasty, sú nákladovo efektívnejšou alternatívou k kremíku. Majú nižšiu dielektrickú konštantu, ktorá znižuje oneskorenie RC v balení. Napriek týmto výhodám sa organické sprostredkovateľské vrstvy snažia dosiahnuť rovnakú úroveň redukcie prepojenia ako balenie založené na kremíku, čím obmedzuje ich prijatie vo vysoko výkonných výpočtových aplikáciách.
Sklenené sprostredkovateľské vrstvy získali významný záujem, najmä po nedávnom spustení balenia testovacích vozidiel spoločnosti Intel. Sklo ponúka niekoľko výhod, ako napríklad nastaviteľný koeficient tepelnej expanzie (CTE), vysokorozmerná stabilita, hladké a ploché povrchy a schopnosť podporovať výrobu panelov, vďaka čomu je sľubným kandidátom na sprostredkovateľské vrstvy so schopnosťami zapojenia porovnateľné s kremíkom. Okrem technických výziev je však hlavnou nevýhodou sklenených sprostredkovateľských vrstiev nezrelý ekosystém a súčasný nedostatok veľkej výrobnej kapacity. Keď sa ekosystém dozrieva a výrobné schopnosti sa zlepšujú, technológie založené na skla v polovodičových obaloch môžu vidieť ďalší rast a prijatie.
Pokiaľ ide o technológiu 3D balenie, hybridné spájanie bez hybridného spojenia Cu-Cu sa stáva hlavnou inovatívnou technológiou. Táto pokročilá technika dosahuje trvalé prepojenia kombináciou dielektrických materiálov (ako SIO2) so zabudovanými kovmi (CU). Hybridné väzby Cu-Cu môžu dosiahnuť rozstupy pod 10 mikrónov, zvyčajne v jednosmernom rozsahu mikrónov, čo predstavuje významné zlepšenie oproti tradičnej technológii mikro-hrboly, ktorá má rozstupy na hrbole asi 40-50 mikrónov. Medzi výhody hybridných väzieb patrí zvýšená I/O, zvýšená šírka pásma, vylepšené 3D vertikálne stohovanie, lepšia výkonová účinnosť a znížené parazitné účinky a tepelnú rezistenciu v dôsledku neprítomnosti spodnej výplne. Táto technológia je však zložitá na výrobu a má vyššie náklady.
Technológie 2.5D a 3D obaly zahŕňajú rôzne techniky balenia. V balení 2,5D, v závislosti od výberu materiálov sprostredkovateľských vrstiev, sa dá kategorizovať do sprostredkovateľských vrstiev na báze kremíka, organických a skla, ako je znázornené na obrázku vyššie. V 3D balení je vývoj technológie Micro-Bump Cieľom znížiť rozmery rozstupov, ale dnes je možné dosiahnuť hybridné technológie lepkavých technológií (priama metóda pripojenia CU-CU), je možné dosiahnuť jednociferné rozstupové rozmery, čo označuje významný pokrok v teréne.
** Kľúčové technologické trendy na sledovanie: **
1. ** Väčšie oblasti sprostredkovateľských vrstiev: ** IDTechex predtým predpovedal, že v dôsledku obtiažnosti sprostredkovateľských vrstiev kremíka presahujúcich limit veľkosti 3x sietnice by roztoky kremíka s kremíkom čoskoro nahradili čoskoro ako primárnu voľbu pre balenie čipov HPC. TSMC je hlavným dodávateľom 2,5D kremíkových sprostredkovateľských vrstiev pre NVIDIA a ďalších popredných vývojárov HPC ako Google a Amazon a spoločnosť nedávno oznámila hromadnú výrobu svojej prvej generácie COWOS_L s veľkosťou 3,5x sietnice. IdTechex očakáva, že tento trend bude pokračovať, pričom ďalšie pokroky diskutované vo svojej správe pokrývajú hlavných hráčov.
2. ** Balenie na úrovni panela: ** Balenie na úrovni panela sa stalo významným zameraním, ako sa zvýšilo na medzinárodnej výstave polovodičov Taiwanu 2024. Táto metóda balenia umožňuje použitie väčších sprostredkovateľských vrstiev a pomáha znižovať náklady tým, že sa súčasne vyrába viac balíkov. Napriek svojmu potenciálu je potrebné riešiť výzvy, ako je napríklad správa boja. Jeho rastúci význam odráža rastúci dopyt po väčších a nákladovo efektívnejších sprostredkovateľských vrstvách.
3. ** sklenené sprostredkovateľské vrstvy: ** sklo sa objavuje ako silný kandidátsky materiál na dosiahnutie jemného zapojenia, porovnateľné s kremíkom, s ďalšími výhodami, ako je nastaviteľná CTE a vyššia spoľahlivosť. Sklenené sprostredkovateľské vrstvy sú tiež kompatibilné s balením na úrovni panela, ktoré ponúkajú potenciál pre zapojenie s vysokou hustotou pri zvládnuteľnejších nákladoch, čo z neho robí sľubné riešenie pre budúce technológie balenia.
4. ** HBM Hybridné spojenie: ** 3D 3D copper-Copper (CU-CU) Hybridné spojenie je kľúčovou technológiou na dosiahnutie vertikálnych prepojení medzi čipmi ultra jemne. Táto technológia sa používa v rôznych špičkových serverových produktoch vrátane AMD EPYC pre naskladané SRAM a CPU, ako aj série MI300 na stohovanie blokov CPU/GPU na I/O Dies. Očakáva sa, že hybridné väzby bude hrať rozhodujúcu úlohu v budúcich pokrokoch HBM, najmä v prípade stohov DRAM presahujúcich vrstvy 16-HI alebo 20-HI.
5. ** Optické zariadenia s kolegami (CPO): ** S rastúcim dopytom po vyššej priepustnosti údajov a výkonovej účinnosti si optická prepojenia získala značnú pozornosť. Spolupráca optické zariadenia (CPO) sa stávajú kľúčovým riešením na zlepšenie šírky pásma I/O a znižovanie spotreby energie. V porovnaní s tradičným elektrickým prenosom ponúka optická komunikácia niekoľko výhod, vrátane nižšieho útlmu signálu na veľké vzdialenosti, zníženej citlivosti na presluch a významne zvýšenú šírku pásma. Tieto výhody robia z CPO ideálnu voľbu pre dátové, energeticky efektívne systémy HPC.
** Kľúčové trhy na sledovanie: **
Primárnym trhom, ktorý riadi vývoj technológií 2,5D a 3D obalov, je nepochybne vysokovýkonný sektor výpočtovej výpočtovej techniky (HPC). Tieto pokročilé metódy balenia sú rozhodujúce pre prekonanie obmedzení Mooreovho zákona, čo umožňuje viac tranzistorov, pamäte a prepojení v jednom balíku. Rozklad čipov tiež umožňuje optimálne využitie procesných uzlov medzi rôznymi funkčnými blokmi, ako je oddelenie I/O blokov od blokov spracovania, čo ďalej zvyšuje účinnosť.
Okrem vysoko výkonného výpočtu (HPC) sa očakáva, že aj ďalšie trhy dosiahnu rast prostredníctvom prijatia pokročilých technológií balenia. V sektoroch 5G a 6G budú inovácie, ako sú obalové antény a špičkové riešenia čipov, formujú architektúry budúcnosti bezdrôtových prístupových sietí (RAN). Autonómne vozidlá budú mať tiež úžitok, pretože tieto technológie podporujú integráciu súprav senzorov a výpočtových jednotiek na spracovanie veľkého množstva údajov a zároveň zaisťujú bezpečnosť, spoľahlivosť, kompaktnosť, výkon a tepelné riadenie a nákladovú efektívnosť.
Spotrebná elektronika (vrátane smartfónov, smartwatches, AR/VR zariadení, počítačov a pracovných staníc) sa čoraz viac zameriava na spracovanie ďalších údajov v menších priestoroch, napriek väčšiemu dôrazu na náklady. Advanced Semiconductor Balding bude hrať v tomto trendu kľúčovú úlohu, hoci metódy balenia sa môžu líšiť od metód používaných v HPC.
Čas príspevku: október-07-2024