Puslaidininkinės pakuotės išsivystė nuo tradicinių 1D PCB dizaino iki pažangiausių 3D hibridinių sujungimų plokštelių lygiu. Ši pažanga leidžia sujungti vienas skaitmenų mikronų diapazoną, kurių pralaidumas siekia iki 1000 GB/s, išlaikant aukštą energijos vartojimo efektyvumą. Pažangių puslaidininkinių pakavimo technologijų esmė yra 2,5D pakuotė (kai komponentai dedami vienas šalia kito ant tarpinio sluoksnio) ir 3D pakuotė (kuri apima vertikalią aktyvių lustų sudėjimą). Šios technologijos yra labai svarbios HPC sistemų ateičiai.
2.5D pakavimo technologija apima įvairias tarpinio sluoksnio medžiagas, kurių kiekviena turi savo privalumų ir trūkumų. Silicio (Si) tarpiniai sluoksniai, įskaitant visiškai pasyvias silicio plokšteles ir lokalizuotus silicio tiltelius, yra žinomi dėl geriausių laidų prijungimo galimybių, todėl jie idealiai tinka didelio našumo skaičiavimams. Tačiau jie yra brangūs medžiagų ir gamybos požiūriu ir susiduria su pakavimo apribojimais. Siekiant sušvelninti šias problemas, vis dažniau naudojami lokalizuoti silicio tilteliai, strategiškai naudojant silicį ten, kur labai svarbu atlikti tikslius funkcionalumus, sprendžiant srities apribojimus.
Organiniai tarpiniai sluoksniai, naudojant išpučiamą plastiką, yra ekonomiškesnė alternatyva siliciui. Jie turi mažesnę dielektrinę konstantą, kuri sumažina RC delsą pakuotėje. Nepaisant šių pranašumų, organiniai tarpiniai sluoksniai stengiasi pasiekti tokį patį sujungimo funkcijų mažinimo lygį kaip ir silicio pakuotės, o tai riboja jų pritaikymą didelio našumo skaičiavimo programose.
Stiklo tarpiniai sluoksniai sulaukė didelio susidomėjimo, ypač po to, kai „Intel“ neseniai pristatė bandomųjų transporto priemonių stiklines pakuotes. Stiklas turi keletą privalumų, tokių kaip reguliuojamas šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE), didelis matmenų stabilumas, lygūs ir lygūs paviršiai ir galimybė palaikyti plokščių gamybą, todėl jis yra perspektyvus kandidatas į tarpinius sluoksnius, kurių laidų galimybės yra panašios į silicį. Tačiau, be techninių iššūkių, pagrindinis stiklo tarpinių sluoksnių trūkumas yra nesubrendusi ekosistema ir dabartinis didelio masto gamybos pajėgumų trūkumas. Ekosistemai bręstant ir tobulėjant gamybos galimybėms, stiklo pagrindu pagamintos puslaidininkių pakuotės technologijos gali toliau augti ir pradėti taikytis.
Kalbant apie 3D pakavimo technologiją, Cu-Cu hibridinis sujungimas be smūgių tampa pirmaujančia naujoviška technologija. Ši pažangi technika užtikrina nuolatinius tarpusavio ryšius, derinant dielektrines medžiagas (pvz., SiO2) su įterptais metalais (Cu). Cu-Cu hibridinis sujungimas gali pasiekti mažesnius nei 10 mikronų atstumus, paprastai vieno skaitmens mikronų diapazone, o tai yra reikšmingas patobulinimas, palyginti su tradicine mikro-bump technologija, kurios atstumas tarp iškilimų yra apie 40-50 mikronų. Hibridinio sujungimo pranašumai apima didesnį įvestį / išvestį, didesnį pralaidumą, patobulintą 3D vertikalų išdėstymą, didesnį energijos vartojimo efektyvumą ir sumažintą parazitinį poveikį bei šiluminę varžą, nes nėra dugno užpildymo. Tačiau šią technologiją sudėtinga gaminti ir jos sąnaudos yra didesnės.
2.5D ir 3D pakavimo technologijos apima įvairius pakavimo būdus. 2.5D pakuotėje, priklausomai nuo tarpinio sluoksnio medžiagų pasirinkimo, galima suskirstyti į tarpinius sluoksnius silicio, organinio ir stiklo pagrindu, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. 3D pakuotėse kuriant mikro-bump technologiją siekiama sumažinti tarpų matmenis, tačiau šiandien, pritaikius hibridinio sujungimo technologiją (tiesioginio Cu-Cu jungties metodą), galima pasiekti vienženklius tarpų matmenis, o tai žymi didelę pažangą šioje srityje. .
**Pagrindinės technologinės tendencijos, kurias reikia stebėti:**
1. **Didesnės tarpinio sluoksnio sritys:** IDTechEx anksčiau numatė, kad dėl sunkumų, kai silicio tarpiniai sluoksniai viršija 3 kartus tinklelio dydžio ribą, 2,5D silicio tilto sprendimai netrukus pakeis silicio tarpinius sluoksnius kaip pagrindinį HPC lustų pakavimo pasirinkimą. TSMC yra pagrindinis 2,5D silicio tarpinių sluoksnių tiekėjas, skirtas NVIDIA ir kitiems pirmaujantiems HPC kūrėjams, tokiems kaip „Google“ ir „Amazon“, o bendrovė neseniai paskelbė apie savo pirmosios kartos CoWoS_L masinę gamybą, kurios tinklelio dydis yra 3,5 karto. „IDTechEx“ tikisi, kad ši tendencija tęsis, o tolesnė pažanga aptariama jos ataskaitoje, apimančioje pagrindinius žaidėjus.
2. **Pakavimas skydelio lygyje:** 2024 m. Taivano tarptautinėje puslaidininkių parodoje pabrėžta, kad į pakuotę plokščių lygiu buvo skiriamas didelis dėmesys. Šis pakavimo būdas leidžia naudoti didesnius tarpinius sluoksnius ir padeda sumažinti sąnaudas gaminant daugiau pakuočių vienu metu. Nepaisant jos potencialo, tokius iššūkius kaip deformacijų valdymas vis dar reikia spręsti. Didėjantis jo reikšmingumas rodo didėjančią didesnių, ekonomiškesnių tarpinių sluoksnių paklausą.
3. **Stiklo tarpiniai sluoksniai:** Stiklas tampa tvirta medžiaga norint sukurti tikslius laidus, panašius į silicį, turintis papildomų privalumų, pvz., reguliuojamą CTE ir didesnį patikimumą. Stiklo tarpiniai sluoksniai taip pat yra suderinami su plokštės lygio pakuote, todėl yra galimybė sukurti didelio tankio laidus už lengviau valdomas išlaidas, todėl tai yra perspektyvus sprendimas ateities pakavimo technologijoms.
4. **HBM hibridinis sujungimas:** 3D vario ir vario (Cu-Cu) hibridinis sujungimas yra pagrindinė technologija, užtikrinanti itin smulkaus žingsnio vertikalius sujungimus tarp lustų. Ši technologija buvo naudojama įvairiuose aukščiausios klasės serverių produktuose, įskaitant AMD EPYC, skirtą sudėtiniams SRAM ir CPU, taip pat MI300 seriją, skirtą CPU / GPU blokams sudėti ant įvesties / išvesties. Tikimasi, kad hibridinis sujungimas vaidins lemiamą vaidmenį būsimoje HBM pažangoje, ypač kai DRAM krūvos viršija 16-Hi arba 20-Hi sluoksnius.
5. **Komplektiniai optiniai įrenginiai (CPO):** Didėjant didesnio duomenų pralaidumo ir energijos vartojimo efektyvumo poreikiui, optinio sujungimo technologija sulaukė didelio dėmesio. Bendrai supakuoti optiniai įrenginiai (CPO) tampa pagrindiniu sprendimu siekiant padidinti I/O pralaidumą ir sumažinti energijos suvartojimą. Palyginti su tradiciniu elektriniu perdavimu, optinis ryšys turi keletą pranašumų, įskaitant mažesnį signalo slopinimą dideliais atstumais, sumažintą perjungimo jautrumą ir žymiai didesnį pralaidumą. Dėl šių privalumų CPO yra idealus pasirinkimas daug duomenų reikalaujančioms, energiją taupančioms HPC sistemoms.
**Pagrindinės rinkos, kurias reikia žiūrėti:**
Pirminė rinka, skatinanti 2,5D ir 3D pakavimo technologijų plėtrą, neabejotinai yra didelio našumo skaičiavimo (HPC) sektorius. Šie pažangūs pakavimo metodai yra labai svarbūs siekiant įveikti Moore'o dėsnio apribojimus, įgalinant daugiau tranzistorių, atminties ir jungčių viename pakete. Lustų skaidymas taip pat leidžia optimaliai panaudoti proceso mazgus tarp skirtingų funkcinių blokų, pavyzdžiui, atskirti įvesties/išvesties blokus nuo apdorojimo blokų, taip dar labiau didinant efektyvumą.
Be didelio našumo kompiuterijos (HPC), tikimasi, kad kitos rinkos taip pat augs, taikydamos pažangias pakavimo technologijas. 5G ir 6G sektoriuose naujovės, tokios kaip pakavimo antenos ir pažangiausi lustų sprendimai, formuos belaidžio prieigos tinklo (RAN) architektūros ateitį. Autonominės transporto priemonės taip pat bus naudingos, nes šios technologijos palaiko jutiklių rinkinių ir skaičiavimo blokų integravimą, kad būtų galima apdoroti didelius duomenų kiekius, kartu užtikrinant saugumą, patikimumą, kompaktiškumą, galios ir šilumos valdymą bei ekonomiškumą.
Buitinė elektronika (įskaitant išmaniuosius telefonus, išmaniuosius laikrodžius, AR/VR įrenginius, asmeninius kompiuterius ir darbo vietas) vis labiau orientuojasi į daugiau duomenų apdorojimą mažesnėse erdvėse, nepaisant didesnio dėmesio sąnaudoms. Šioje tendencijoje pagrindinį vaidmenį vaidins pažangios puslaidininkinės pakuotės, nors pakavimo būdai gali skirtis nuo naudojamų HPC.
Paskelbimo laikas: 2024-10-25