Pusvadītāju iepakojums ir attīstījies no tradicionāliem 1D PCB dizainiem līdz modernākajiem 3D hibrīdsavienojumiem plākšņu līmenī. Šis uzlabojums ļauj nodrošināt savienojumu atstarpi viencipara mikronu diapazonā ar joslas platumu līdz 1000 GB/s, vienlaikus saglabājot augstu energoefektivitāti. Uzlaboto pusvadītāju iepakojuma tehnoloģiju pamatā ir 2,5D iepakojums (kur komponenti tiek novietoti blakus uz starpslāņa) un 3D iepakojums (kas ietver aktīvo mikroshēmu vertikālu sakraušanu). Šīs tehnoloģijas ir ļoti svarīgas HPC sistēmu nākotnei.
2,5D iepakošanas tehnoloģija ietver dažādus starpslāņu materiālus, katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi. Silīcija (Si) starpslāņi, tostarp pilnībā pasīvie silīcija vafeles un lokalizētie silīcija tiltiņi, ir pazīstami ar to, ka nodrošina vislabākās vadu veidošanas iespējas, padarot tos ideāli piemērotus augstas veiktspējas skaitļošanai. Tomēr tie ir dārgi materiālu un ražošanas ziņā, un tiem ir ierobežojumi iepakošanas laukumā. Lai mazinātu šīs problēmas, lokalizēto silīcija tiltiņu izmantošana pieaug, stratēģiski izmantojot silīciju vietās, kur precīza funkcionalitāte ir kritiski svarīga, vienlaikus risinot laukuma ierobežojumus.
Organiskie starpslāņi, kuros izmantotas ventilatora veidā formētas plastmasas, ir izmaksu ziņā efektīvāka alternatīva silīcijam. Tiem ir zemāka dielektriskā konstante, kas samazina RC aizkavi korpusā. Neskatoties uz šīm priekšrocībām, organiskajiem starpslāņiem ir grūti sasniegt tādu pašu savstarpējo savienojumu samazināšanas līmeni kā uz silīcija bāzes veidotiem korpusiem, kas ierobežo to izmantošanu augstas veiktspējas skaitļošanas lietojumprogrammās.
Stikla starpslāņi ir piesaistījuši ievērojamu interesi, īpaši pēc tam, kad Intel nesen laida klajā uz stikla bāzes veidoto testa transportlīdzekļu iepakojumu. Stiklam ir vairākas priekšrocības, piemēram, regulējams termiskās izplešanās koeficients (CTE), augsta izmēru stabilitāte, gludas un plakanas virsmas, kā arī spēja atbalstīt paneļu ražošanu, padarot to par daudzsološu kandidātu starpslāņiem ar vadu veidošanas iespējām, kas ir salīdzināmas ar silīciju. Tomēr, neskaitot tehniskas problēmas, stikla starpslāņu galvenais trūkums ir nenobriedusi ekosistēma un pašreizējais liela mēroga ražošanas jaudu trūkums. Ekosistēmai nobriestot un ražošanas jaudām uzlabojoties, stikla bāzes tehnoloģijas pusvadītāju iepakojumā varētu piedzīvot turpmāku izaugsmi un pieņemšanu.
Runājot par 3D iepakošanas tehnoloģiju, Cu-Cu hibrīdsavienošana bez izciļņiem kļūst par vadošo inovatīvo tehnoloģiju. Šī progresīvā metode panāk pastāvīgus savienojumus, apvienojot dielektriskos materiālus (piemēram, SiO2) ar iestrādātiem metāliem (Cu). Cu-Cu hibrīdsavienošana var sasniegt atstarpes, kas mazākas par 10 mikroniem, parasti viencipara mikronu diapazonā, kas ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālo mikroizciļņu tehnoloģiju, kuras izciļņu atstarpes ir aptuveni 40–50 mikroni. Hibrīdsavienojuma priekšrocības ietver palielinātu ieejas/izejas jaudu, uzlabotu joslas platumu, uzlabotu 3D vertikālo sakraušanu, labāku energoefektivitāti, kā arī samazinātu parazītisko efektu un termisko pretestību, jo nav apakšējā pildījuma. Tomēr šo tehnoloģiju ir sarežģīti ražot, un tai ir augstākas izmaksas.
2,5D un 3D iepakošanas tehnoloģijas aptver dažādas iepakošanas metodes. 2,5D iepakojumā, atkarībā no starpslāņa materiālu izvēles, to var iedalīt silīcija, organisko un stikla starpslāņos, kā parādīts iepriekš redzamajā attēlā. 3D iepakojumā mikroizciļņu tehnoloģijas izstrādes mērķis ir samazināt atstarpju izmērus, bet mūsdienās, izmantojot hibrīdsavienojuma tehnoloģiju (tieša Cu-Cu savienojuma metode), var sasniegt viencipara atstarpju izmērus, kas iezīmē ievērojamu progresu šajā jomā.
**Galvenās tehnoloģiskās tendences, kas jāņem vērā:**
1. **Lielāki starpslāņu laukumi:** IDTechEx iepriekš prognozēja, ka silīcija starpslāņu sarežģītības dēļ, kas pārsniedz 3x tīkliņa izmēra ierobežojumu, 2,5D silīcija tilta risinājumi drīz aizstās silīcija starpslāņus kā primāro izvēli HPC mikroshēmu iepakošanai. TSMC ir galvenais 2,5D silīcija starpslāņu piegādātājs NVIDIA un citiem vadošajiem HPC izstrādātājiem, piemēram, Google un Amazon, un uzņēmums nesen paziņoja par savas pirmās paaudzes CoWoS_L masveida ražošanu ar 3,5x tīkliņa izmēru. IDTechEx sagaida, ka šī tendence turpināsies, un turpmākie sasniegumi tiks apspriesti tās ziņojumā, kurā aptverti galvenie dalībnieki.
2. **Paneļa līmeņa iepakojums:** Paneļa līmeņa iepakojums ir kļuvis par nozīmīgu uzmanības objektu, kā tika uzsvērts 2024. gada Taivānas Starptautiskajā pusvadītāju izstādē. Šī iepakošanas metode ļauj izmantot lielākus starpslāņus un palīdz samazināt izmaksas, vienlaikus saražojot vairāk iepakojumu. Neskatoties uz tās potenciālu, joprojām ir jārisina tādas problēmas kā deformācijas pārvaldība. Tā pieaugošā popularitāte atspoguļo pieaugošo pieprasījumu pēc lielākiem un rentablākiem starpslāņiem.
3. **Stikla starpslāņi:** Stikls kļūst par spēcīgu kandidātmateriālu smalkas elektroinstalācijas nodrošināšanai, kas ir salīdzināma ar silīciju, ar papildu priekšrocībām, piemēram, regulējamu CTE un augstāku uzticamību. Stikla starpslāņi ir saderīgi arī ar paneļu līmeņa iepakojumu, piedāvājot potenciālu augsta blīvuma elektroinstalācijai par pārvaldāmākām izmaksām, padarot to par daudzsološu risinājumu nākotnes iepakojuma tehnoloģijām.
4. **HBM hibrīdsavienošana:** 3D vara-vara (Cu-Cu) hibrīdsavienošana ir galvenā tehnoloģija, lai panāktu īpaši smalku vertikālu savienojumu starp mikroshēmām. Šī tehnoloģija ir izmantota dažādos augstas klases serveru produktos, tostarp AMD EPYC sakrautām SRAM un centrālajiem procesoriem, kā arī MI300 sērijā CPU/GPU bloku sakraušanai uz I/O mikroshēmām. Paredzams, ka hibrīdsavienošanai būs izšķiroša loma turpmākajos HBM uzlabojumos, īpaši DRAM sakrautiem procesoriem, kas pārsniedz 16-Hi vai 20-Hi slāņus.
5. **Koplietotas optiskās ierīces (CPO):** Pieaugot pieprasījumam pēc lielākas datu caurlaidspējas un energoefektivitātes, optisko savienojumu tehnoloģija ir ieguvusi ievērojamu uzmanību. Koplietotas optiskās ierīces (CPO) kļūst par galveno risinājumu I/O joslas platuma uzlabošanai un enerģijas patēriņa samazināšanai. Salīdzinot ar tradicionālo elektrisko pārraidi, optiskā komunikācija piedāvā vairākas priekšrocības, tostarp zemāku signāla vājināšanos lielos attālumos, samazinātu šķērsrunas jutību un ievērojami palielinātu joslas platumu. Šīs priekšrocības padara CPO par ideālu izvēli datu ietilpīgām, energoefektīvām HPC sistēmām.
**Galvenie tirgi, kas jāuzrauga:**
Galvenais tirgus, kas veicina 2,5D un 3D iepakošanas tehnoloģiju attīstību, neapšaubāmi ir augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) sektors. Šīs progresīvās iepakošanas metodes ir izšķirošas, lai pārvarētu Mūra likuma ierobežojumus, ļaujot vienā korpusā iekļaut vairāk tranzistoru, atmiņas un starpsavienojumu. Mikroshēmu sadalīšana ļauj arī optimāli izmantot procesa mezglus starp dažādiem funkcionālajiem blokiem, piemēram, atdalot I/O blokus no apstrādes blokiem, vēl vairāk uzlabojot efektivitāti.
Papildus augstas veiktspējas skaitļošanai (HPC) paredzams, ka arī citi tirgi sasniegs izaugsmi, ieviešot progresīvas iepakojuma tehnoloģijas. 5G un 6G sektoros tādas inovācijas kā iepakojuma antenas un jaunākās mikroshēmu risinājumi veidos bezvadu piekļuves tīkla (RAN) arhitektūru nākotni. Ieguvēji būs arī autonomie transportlīdzekļi, jo šīs tehnoloģijas atbalsta sensoru komplektu un skaitļošanas vienību integrāciju, lai apstrādātu lielu datu apjomu, vienlaikus nodrošinot drošību, uzticamību, kompaktumu, enerģijas un siltuma pārvaldību, kā arī izmaksu efektivitāti.
Patēriņa elektronika (tostarp viedtālruņi, viedpulksteņi, AR/VR ierīces, datori un darbstacijas) arvien vairāk koncentrējas uz lielāka datu apjoma apstrādi mazākās telpās, neskatoties uz lielāku uzsvaru uz izmaksām. Šajā tendencē galveno lomu spēlēs progresīvi pusvadītāju iepakojumi, lai gan iepakošanas metodes var atšķirties no tām, ko izmanto augstas veiktspējas skaitļošanā (HPC).
Publicēšanas laiks: 2024. gada 7. oktobris