Полупроводниковите опаковки са се развили от традиционните 1D PCB дизайни до авангардно 3D хибридно свързване на нивото на вафли. Този напредък позволява разстояние между взаимовръзката в едноцифрения микронална гама, с честотна лента до 1000 GB/s, като същевременно поддържа висока енергийна ефективност. В основата на усъвършенстваните технологии за опаковане на полупроводници са 2.5D опаковки (където компонентите са поставени един до друг на посреднически слой) и 3D опаковка (която включва вертикално подреждане на активни чипове). Тези технологии са от решаващо значение за бъдещето на HPC системите.
2.5D Технологията за опаковане включва различни материали за посреднически слой, всеки със собствени предимства и недостатъци. Силиконовите (SI) посреднически слоеве, включително напълно пасивни силициеви вафли и локализирани силиконови мостове, са известни с това, че предоставят най-добрите възможности за окабеляване, което ги прави идеални за високопроизводителни изчисления. Те обаче са скъпи по отношение на материалите и производството и ограниченията на лицето в зоната за опаковане. За да се смекчат тези проблеми, използването на локализирани силициеви мостове се увеличава, стратегически се използва силиций, където фината функционалност е от решаващо значение при справяне с ограниченията на областта.
Органичните посреднически слоеве, използващи пластмаси с фен, са по-рентабилна алтернатива на силиций. Те имат по -ниска диелектрична константа, което намалява RC забавянето в пакета. Въпреки тези предимства, органичните посреднически слоеве се борят за постигане на същото ниво на намаляване на характеристиките на връзката като опаковка на базата на силиций, ограничавайки приемането им във високоефективни изчислителни приложения.
Стъклените посреднически слоеве са спечелили значителен интерес, особено след неотдавнашното стартиране на опаковането на тестови превозни средства на базата на Intel. Стъклото предлага няколко предимства, като регулируем коефициент на термично разширение (CTE), стабилност на високите размери, гладките и плоските повърхности и възможността за поддържане на производството на панели, което го прави обещаващ кандидат за посреднически слоеве с възможности за окабеляване, сравними със силиконов. Освен техническите предизвикателства, основният недостатък на стъклените посреднически слоеве е незрялата екосистема и настоящата липса на мащабен производствен капацитет. Тъй като екосистемата узрява и производствените възможности се подобряват, технологиите на базата на стъкло в опаковката на полупроводници могат да видят по-нататъшен растеж и приемане.
По отношение на технологията за 3D опаковане, хибридното свързване на CU-CU без удари се превръща в водеща иновативна технология. Тази усъвършенствана техника постига постоянни взаимовръзки чрез комбиниране на диелектрични материали (като SiO2) с вградени метали (Cu). Cu-Cu хибридното свързване може да постигне разстояния под 10 микрона, обикновено в едноцифрената микрона, което представлява значително подобрение спрямо традиционната микро-бумбовна технология, която има разстояния на неравности от около 40-50 микрона. Предимствата на хибридното свързване включват повишена I/O, повишена честотна лента, подобрено 3D вертикално подреждане, по -добра ефективност на мощността и намалени паразитни ефекти и термична устойчивост поради липсата на запълване на дъното. Тази технология обаче е сложна за производство и има по -високи разходи.
2.5D и 3D технологиите за опаковане обхващат различни техники за опаковане. В 2.5D опаковка, в зависимост от избора на материали за посреднически слой, тя може да бъде категоризирана в силициеви, органични и стъклени базирани на базата на посреднически слоеве, както е показано на фигурата по-горе. В 3D опаковането разработването на микро-бумбовна технология има за цел да намали размерите на разстоянието, но днес чрез приемане на хибридна технология за свързване (метод на директна CU-CU връзка), може да се постигнат едноцифрени разстояния размери, отбелязвайки значителен напредък в полето.
** Ключови технологични тенденции за гледане: **
1. ** По -големи области на посредническите слоеве: ** IdteChex по -рано прогнозира, че поради трудността на силиконовите посреднически слоеве над надвишаването на 3x граница на размера на ретината, 2.5D Silicon Bridge Solutions скоро ще замени силиконовите посреднически слоеве като основен избор за опаковане на чипове HPC. TSMC е основен доставчик на 2.5D силиконови посреднически слоеве за NVIDIA и други водещи разработчици на HPC като Google и Amazon, а компанията наскоро обяви масово производство на своето първо поколение Cowos_L с размер 3.5x. Idtechex очаква тази тенденция да продължи, като се обсъждат допълнителни постижения в доклада му, обхващащ основните играчи.
2. ** Опаковка на ниво панел: ** Опаковката на ниво панел се превърна в важен акцент, както беше подчертано на Международната изложба на полупроводниковите изложба през 2024 г. Този метод за опаковане позволява използването на по -големи посреднически слоеве и спомага за намаляване на разходите, като се произвежда повече пакети едновременно. Въпреки потенциала си, все още трябва да се решават предизвикателства като управлението на Warpage. Нарастващата му известност отразява нарастващото търсене на по-големи, по-рентабилни посреднически слоеве.
3. ** Стъклени слоеве: ** Стъклото се очертава като силен кандидат за постигане на фино окабеляване, сравнимо с силиций, с допълнителни предимства като регулируем CTE и по -висока надеждност. Стъклените посреднически слоеве също са съвместими с опаковката на ниво панел, предлагащи потенциал за окабеляване с висока плътност на по-управляеми разходи, което го прави обещаващо решение за бъдещи технологии за опаковане.
4. ** HBM HYBRID свързване: ** 3D медно-медно-медно-медно-медно-медно-колело (CU-CU) Хибридното свързване е ключова технология за постигане на ултра-фини вертикални взаимовръзки между чиповете. Тази технология е използвана в различни сървърни продукти от висок клас, включително AMD EPYC за подредени SRAM и процесори, както и серията MI300 за подреждане на блокове CPU/GPU на I/O Dies. Очаква се хибридното свързване да играе решаваща роля в бъдещия напредък на HBM, особено за DRAM стекове над 16-Hi или 20-Hi слоеве.
5. ** Съвместно опаковани оптични устройства (CPO): ** С нарастващото търсене на по-висока пропускателна способност на данни и ефективност на мощността, оптичната технология за взаимосвързаност придоби значително внимание. Съвместните оптични устройства (CPO) се превръщат в ключово решение за подобряване на честотната лента на I/O и намаляване на консумацията на енергия. В сравнение с традиционното електрическо предаване, оптичната комуникация предлага няколко предимства, включително по -ниско затихване на сигнала на дълги разстояния, намалена чувствителност към кръстосани разходи и значително увеличена честотна лента. Тези предимства правят CPO идеален избор за интензивни данни, енергийно ефективни HPC системи.
** Ключови пазари за гледане: **
Основният пазар, движещ разработването на 2.5D и 3D технологии за опаковане, несъмнено е високоефективният сектор за компютърни компютърни (HPC). Тези усъвършенствани методи за опаковане са от решаващо значение за преодоляване на ограниченията на закона на Мур, което позволява повече транзистори, памет и взаимовръзки в рамките на един пакет. Разлагането на чипове също позволява оптимално използване на процесорните възли между различни функционални блокове, като например отделяне на блоковете на I/O от блокове за обработка, като допълнително повишава ефективността.
В допълнение към високоефективните изчисления (HPC), се очаква и други пазари да постигнат растеж чрез приемане на модерни технологии за опаковане. В 5G и 6G сектора иновациите като опаковъчни антени и авангардни чипове решения ще оформят бъдещето на архитектурата на мрежата за безжичен достъп (RAN). Автономните превозни средства също ще се възползват, тъй като тези технологии поддържат интегрирането на сензорни апартаменти и изчислителни единици за обработка на големи количества данни, като същевременно гарантират безопасност, надеждност, компактност, мощност и термично управление и ефективност на разходите.
Потребителската електроника (включително смартфони, смарт часовници, AR/VR устройства, компютри и работни станции) все повече се фокусират върху обработката на повече данни в по -малки пространства, въпреки по -големия акцент върху разходите. Разширените полупроводникови опаковки ще играят ключова роля в тази тенденция, въпреки че методите за опаковане могат да се различават от тези, използвани в HPC.
Време за публикация: октомври-07-2024