Polovodičové obaly se vyvinuly z tradičních 1D návrhů PCB na špičkové 3D hybridní vazby na úrovni oplatky. Tento pokrok umožňuje propojení mezery v jednociferném rozsahu mikronů, s šířkou pásma až 1000 GB/s, při zachování vysoké energetické účinnosti. V jádru pokročilých polovodičových technologií jsou obaly 2,5D (kde jsou součásti umístěny vedle sebe na prostřední vrstvě) a 3D balení (což zahrnuje svisle stohování aktivních čipů). Tyto technologie jsou zásadní pro budoucnost systémů HPC.
2.5D Technologie balení zahrnuje různé materiály zprostředkující vrstvy, z nichž každá má vlastní výhody a nevýhody. Silicon (SI) zprostředkovatelské vrstvy, včetně plně pasivních křemíkových oplatků a lokalizovaných křemíkových mostů, jsou známé tím, že poskytují nejlepší schopnosti zapojení, což z nich činí ideální pro vysoce výkonné výpočetní techniky. Jsou však nákladné z hlediska materiálů a výrobních a obličejových omezení v obalové oblasti. Pro zmírnění těchto problémů se zvyšuje použití lokalizovaných křemíkových mostů a strategicky využívá křemík, kde je jemná funkce kritická při řešení omezení oblasti.
Organické zprostředkovatelské vrstvy, využívající fan-out formované plasty, jsou nákladově efektivnější alternativou k křemíku. Mají nižší dielektrickou konstantu, která snižuje zpoždění RC v balíčku. Navzdory těmto výhodám se organické zprostředkovatelské vrstvy snaží dosáhnout stejné úrovně redukce funkcí propojení jako balení na bázi křemíku, což omezuje jejich adopci ve vysoce výkonných výpočetních aplikacích.
Skleněné zprostředkovatelské vrstvy získaly významný zájem, zejména po nedávném spuštění balení zkušebních vozidel na bázi skla. Sklo nabízí několik výhod, jako je nastavitelný koeficient tepelné roztažnosti (CTE), vysoká rozměrová stabilita, hladké a ploché povrchy a schopnost podporovat výrobu panelu, což z něj činí slibný kandidát na zprostředkovatelské vrstvy s schopnostmi zapojení srovnatelný s křemíkem. Kromě technických výzev je však hlavní nevýhodou skleněných zprostředkovatelských vrstev nezralý ekosystém a současný nedostatek rozsáhlé výrobní kapacity. Jak se ekosystém dozrává a výrobní schopnosti se zlepšují, technologie založené na skleněných závodech v polovodičovém obalu mohou vidět další růst a přijetí.
Pokud jde o technologii 3D balení, hybridní vazba bez nárazu Cu-Cu se stává přední inovativní technologií. Tato pokročilá technika dosahuje trvalých propojení kombinováním dielektrických materiálů (jako SIO2) s zabudovanými kovy (Cu). Hybridní vazba Cu-CU může dosáhnout mezery pod 10 mikronů, obvykle v jednociferném rozsahu mikronů, což představuje významné zlepšení oproti tradiční technologii micro-bump, která má rozteč nárazů asi 40-50 mikronů. Mezi výhody hybridního vazby patří zvýšená I/O, zvýšená šířka pásma, zlepšené 3D vertikální stohování, lepší energetickou účinnost a snížené parazitické účinky a tepelné odolnosti v důsledku absence plnění dna. Tato technologie je však pro výrobu a má vyšší náklady.
Technologie 2,5D a 3D obalů zahrnují různé techniky balení. V 2,5D obalech, v závislosti na výběru materiálů zprostředkovatelské vrstvy, může být rozdělena do středních, organických a skleněných zprostředkovatelských vrstev na bázi křemíku, jak je znázorněno na obrázku výše. Ve 3D balení je vývoj technologie micro-bump cílem snížit rozměry mezery, ale dnes přijetím technologie hybridní vazby (přímé metody připojení Cu-Cu) lze dosáhnout jednociferných rozměrů rozteče, což označuje významný pokrok v terénu.
** Klíčové technologické trendy sledovat: **
1. ** Větší oblasti střední střední vrstvy: ** IDTechex dříve předpovídal, že kvůli obtížnosti silikonových přechodných vrstev přesahujících 3x velikost síťové velikosti by roztoky 2,5D křemíkového můstku brzy nahradily křemíkové meziproduktové vrstvy jako primární volbu pro čipy HPC. TSMC je hlavním dodavatelem 2,5D silikonových zprostředkovatelských vrstev pro NVIDIA a další přední vývojáře HPC, jako jsou Google a Amazon, a společnost nedávno oznámila hromadnou výrobu své první generace Cowos_L s velikostí 3,5x. IdTechex očekává, že tento trend bude pokračovat, s dalším pokrokem diskutovaným ve své zprávě pokrývající hlavní hráče.
2. ** Balení na úrovni panelu: ** Panel na úrovni panelu se stal významným zaměřením, jak zdůraznilo Tchaj-wanskou mezinárodní polovodičovou výstavu 2024. Tato metoda balení umožňuje použití větších zprostředkovatelských vrstev a pomáhá snižovat náklady výrobou více balíčků současně. Navzdory svému potenciálu je třeba se zabývat výzvami, jako je správa warpage. Jeho rostoucí význam odráží rostoucí poptávku po větších a nákladově efektivnějších zprostředkovatelských vrstvách.
3. ** Skleněné středoškolské vrstvy: ** Sklo se objevuje jako silný kandidátní materiál pro dosažení jemného zapojení, srovnatelné s křemíkem, s dalšími výhodami, jako je nastavitelná CTE a vyšší spolehlivost. Skleněné zprostředkovatelské vrstvy jsou také kompatibilní s balením na úrovni panelu, což nabízí potenciál pro zapojení s vysokou hustotou za lépe zvládnutelné náklady, což z něj činí slibné řešení pro budoucí technologie balení.
4. ** Hybridní vazba HBM: ** Hybridní vazba 3d mědi (Cu-Cu) je klíčovou technologií pro dosažení vertikálních propojení ultra jemných roztečů mezi čipy. Tato technologie se používá v různých špičkových serverových produktech, včetně AMD EPYC pro skládané SRAM a CPU, jakož i řady MI300 pro stohování bloků CPU/GPU na I/O Dies. Očekává se, že hybridní vazba bude hrát klíčovou roli v budoucích pokrocích HBM, zejména u komínů DRAM přesahujících 16-HI nebo 20-HI vrstvy.
5. ** Společně zabalená optická zařízení (CPO): ** S rostoucí poptávkou po vyšší propustnosti a energetické účinnosti dat získala technologie optického propojení značnou pozornost. Společnou zabalená optická zařízení (CPO) se stávají klíčovým řešením pro zvýšení šířky pásma I/O a snížení spotřeby energie. Ve srovnání s tradičním elektrickým přenosem nabízí optická komunikace několik výhod, včetně nižšího útlumu signálu na dlouhé vzdálenosti, snížené citlivosti přeslechu a výrazně zvýšené šířky pásma. Díky těmto výhodám je CPO ideální volbou pro energeticky účinné HPC systémy.
** Klíčové trhy k sledování: **
Primárním trhem, který řídí rozvoj technologií 2,5D a 3D obalů, je bezpochyby vysoce výkonný sektor (HPC). Tyto pokročilé metody balení jsou zásadní pro překonání omezení Mooreova zákona a umožňují více tranzistorů, paměti a propojení v rámci jednoho balíčku. Rozklad čipů také umožňuje optimální využití procesních uzlů mezi různými funkčními bloky, jako je oddělování I/O bloků od bloků zpracování, což dále zvyšuje účinnost.
Kromě vysoce výkonných počítačů (HPC) se očekává, že jiné trhy dosáhnou růstu přijetím pokročilých technologií balení. V odvětvích 5G a 6G budou inovace, jako jsou balicí antény a špičkové čipové řešení, formovat budoucnost bezdrátových přístupových sítí (RAN). Přínos bude také přínosem pro autonomní vozidla, protože tyto technologie podporují integraci senzorových apartmány a výpočetních jednotek pro zpracování velkého množství dat a zároveň zajišťují bezpečnost, spolehlivost, kompaktnost, výkon a tepelnou správu a efektivitu nákladů.
Spotřebitelská elektronika (včetně smartphonů, chytrých hodinek, zařízení AR/VR, PC a pracovní stanice) se stále více zaměřují na zpracování více dat v menších prostorech, a to i přes větší důraz na náklady. Pokročilé polovodičové obaly budou v tomto trendu hrát klíčovou roli, ačkoli metody balení se mohou lišit od metod používaných v HPC.
Čas příspěvku: říjen-07-2024