Pusvadītāju iepakojums ir attīstījies no tradicionālajiem 1D PCB dizainiem līdz visprogresīvākajai 3D hibrīda savienošanai vafeļu līmenī. Šis uzlabojums nodrošina starpsavienojumu attālumu viencipara mikronu diapazonā ar joslas platumu līdz 1000 GB/s, vienlaikus saglabājot augstu energoefektivitāti. Uzlaboto pusvadītāju iepakošanas tehnoloģiju pamatā ir 2.5D iepakojums (kur komponenti ir 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 starpslāņa materiālus, katram no kuriem ir savas priekšrocības un trūkumi. Silīcija (Si) starpslāņi, tostarp pilnībā pasīvās silīcija plāksnītes un lokalizēti silīcija tilti, ir pazīstami ar to, ka nodrošina vislabākās elektroinstalācijas iespējas, padarot tos ideāli piemērotus augstas veiktspējas skaitļošanai. Tomēr tie ir dārgi materiālu un ražošanas ziņā, un tiem ir ierobežojumi iepakojuma jomā. Lai mazinātu šīs problēmas, palielinās lokalizētu silīcija tiltu izmantošana, stratēģiski izmantojot silīciju, kur precīza funkcionalitāte ir būtiska, vienlaikus risinot apgabala ierobežojumus.
Organiskie starpslāņi, kuros izmanto izvēdināmu plastmasu, ir rentablāka alternatīva silīcijam. Viņiem ir zemāka dielektriskā konstante, kas samazina RC aizkavi iepakojumā. Neraugoties uz šīm priekšrocībām, organiskajiem starpslāņiem ir grūti sasniegt tādu pašu savstarpējo savienojumu funkciju samazinājuma līmeni kā uz silīcija bāzes veidotiem iepakojumiem, ierobežojot to izmantošanu augstas veiktspējas skaitļošanas lietojumprogrammās.
Stikla starpslāņi ir izpelnījušies ievērojamu interesi, jo īpaši pēc tam, kad Intel nesen uzsāka testa transportlīdzekļu iepakojumu uz stikla bāzes. Stikls piedāvā vairākas priekšrocības, piemēram, regulējamu termiskās izplešanās koeficientu (CTE), augstu izmēru stabilitāti, gludas un plakanas virsmas un spēju atbalstīt paneļu ražošanu, padarot to par daudzsološu kandidātu starpslāņiem ar elektroinstalācijas iespējām, kas ir salīdzināmas ar silīciju. Tomēr, neskaitot tehniskās problēmas, galvenais stikla starpslāņu trūkums ir nenobriedušā ekosistēma un pašreizējais liela mēroga ražošanas jaudas trūkums. Ekosistēmai nobriest un ražošanas iespējām uzlabojoties, pusvadītāju iepakojumā izmantotās stikla tehnoloģijas var piedzīvot turpmāku izaugsmi un pārņemšanu.
Runājot par 3D iepakošanas tehnoloģiju, Cu-Cu hibrīda savienošana bez triecieniem kļūst par vadošo inovatīvo tehnoloģiju. Šī uzlabotā tehnika nodrošina pastāvīgus starpsavienojumus, apvienojot dielektriskos materiālus (piemēram, SiO2) ar iegultiem metāliem (Cu). Cu-Cu hibrīdlīme var sasniegt attālumus, kas ir mazāki par 10 mikroniem, parasti viencipara mikronu diapazonā, kas ir ievērojams uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālo mikroizciļņu tehnoloģiju, kurā attālumi starp izciļņiem ir aptuveni 40–50 mikroni. Hibrīda savienojuma priekšrocības ietver palielinātu I/O, palielinātu joslas platumu, uzlabotu 3D vertikālo sakraušanu, labāku jaudas efektivitāti un samazinātu parazītisko efektu un termisko pretestību, jo nav apakšas pildījuma. Tomēr šīs tehnoloģijas ražošana ir sarežģīta un tai ir augstākas izmaksas.
2.5D un 3D iepakošanas tehnoloģijas ietver dažādas iepakošanas metodes. 2.5D iepakojumā atkarībā no starpslāņa materiālu izvēles to var iedalīt starpslāņos uz silīcija, organiskas bāzes un stikla bāzes, kā parādīts attēlā iepriekš. 3D iepakojumā mikroizciļņu tehnoloģijas izstrādes mērķis ir samazināt atstatumu izmērus, taču mūsdienās, izmantojot hibrīda savienošanas tehnoloģiju (tiešā Cu-Cu savienojuma metodi), var sasniegt viencipara attāluma izmērus, kas iezīmē ievērojamu progresu šajā jomā. .
**Galvenās tehnoloģiskās tendences, ko skatīties:**
1. **Lielāki starpslāņu apgabali:** IDTechEx iepriekš prognozēja, ka silīcija starpslāņu grūtības dēļ, kas pārsniedz 3 reizes tīklenes izmēra ierobežojumu, 2,5 D silīcija tiltu risinājumi drīzumā aizstās silīcija starpslāņus kā primāro izvēli HPC mikroshēmu iepakošanai. TSMC ir galvenais 2,5 D silīcija starpslāņu piegādātājs NVIDIA un citiem vadošajiem HPC izstrādātājiem, piemēram, Google un Amazon, un uzņēmums nesen paziņoja par pirmās paaudzes CoWoS_L masveida ražošanu ar 3,5 reizes lielāku tīklu. IDTechEx sagaida, ka šī tendence turpināsies, un turpmākie sasniegumi tiek apspriesti tās ziņojumā, kas aptvers galvenos dalībniekus.
2. **Paneļa līmeņa iepakojums:** Paneļa līmeņa iepakojums ir kļuvis par nozīmīgu uzmanību, kā uzsvērts 2024. gada Taivānas starptautiskajā pusvadītāju izstādē. Šī iepakošanas metode ļauj izmantot lielākus starpslāņus un palīdz samazināt izmaksas, vienlaikus ražojot vairāk iepakojumu. Neskatoties uz tā potenciālu, joprojām ir jārisina tādi izaicinājumi kā deformācijas pārvaldība. Tā pieaugošā nozīme atspoguļo pieaugošo pieprasījumu pēc lielākiem, rentablākiem starpslāņiem.
3. **Stikla starpslāņi:** Stikls kļūst par spēcīgu kandidātmateriālu smalku elektroinstalāciju izveidošanai, kas ir salīdzināma ar silīciju, ar papildu priekšrocībām, piemēram, regulējamu CTE un lielāku uzticamību. Stikla starpslāņi ir saderīgi arī ar paneļa līmeņa iepakojumu, piedāvājot augsta blīvuma elektroinstalācijas iespējas par pārvaldāmākām izmaksām, padarot to par daudzsološu risinājumu nākotnes iepakošanas tehnoloģijām.
4. **HBM hibrīdsavienojums:** 3D vara un vara (Cu-Cu) hibrīda savienošana ir galvenā tehnoloģija, lai starp mikroshēmām panāktu īpaši smalka piķa vertikālus savienojumus. Šī tehnoloģija ir izmantota dažādos augstākās klases serveru produktos, tostarp AMD EPYC stacked SRAM un CPU, kā arī MI300 sērijā CPU/GPU bloku sakraušanai uz I/O formātiem. Paredzams, ka hibrīda savienošanai būs izšķiroša nozīme turpmākajos HBM sasniegumos, jo īpaši DRAM kaudzēm, kas pārsniedz 16-Hi vai 20-Hi slāņus.
5. **Kopipakotās optiskās ierīces (CPO):** Pieaugot pieprasījumam pēc lielākas datu caurlaides un jaudas efektivitātes, optisko starpsavienojumu tehnoloģija ir ieguvusi ievērojamu uzmanību. Kopā iepakotās optiskās ierīces (CPO) kļūst par galveno risinājumu I/O joslas platuma palielināšanai un enerģijas patēriņa samazināšanai. Salīdzinot ar tradicionālo elektrisko pārraidi, optiskajai komunikācijai ir vairākas priekšrocības, tostarp zemāks signāla vājināšanās lielos attālumos, samazināta šķērsrunas jutība un ievērojami palielināts joslas platums. Šīs priekšrocības padara CPO par ideālu izvēli datu ietilpīgām, energoefektīvām HPC sistēmām.
**Galvenie tirgi, ko skatīties:**
Primārais tirgus, kas virza 2.5D un 3D iepakošanas tehnoloģiju attīstību, neapšaubāmi ir augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) nozare. Šīs uzlabotās iepakošanas metodes ir ļoti svarīgas, lai pārvarētu Mūra likuma ierobežojumus, nodrošinot vairāk tranzistoru, atmiņas un starpsavienojumu vienā iepakojumā. Mikroshēmu sadalīšana ļauj arī optimāli izmantot procesa mezglus starp dažādiem funkcionālajiem blokiem, piemēram, atdalīt I/O blokus no apstrādes blokiem, vēl vairāk uzlabojot efektivitāti.
Paredzams, ka papildus augstas veiktspējas skaitļošanai (HPC) pieaugs arī citi tirgi, izmantojot progresīvas iepakošanas tehnoloģijas. 5G un 6G sektorā tādas inovācijas kā iepakojuma antenas un vismodernākie mikroshēmu risinājumi veidos bezvadu piekļuves tīklu (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, jaudas un siltuma pārvaldību un izmaksu efektivitāti.
Patēriņa elektronika (tostarp viedtālruņi, viedpulksteņi, AR/VR ierīces, personālie datori un darbstacijas) arvien vairāk koncentrējas uz vairāk datu apstrādi mazākās telpās, neskatoties uz lielāku uzsvaru uz izmaksām. Šajā tendencē galvenā loma būs uzlabotajam pusvadītāju iepakojumam, lai gan iepakošanas metodes var atšķirties no HPC izmantotajām.
Izlikšanas laiks: 2024. gada 25. oktobris