Полупроводничкото пакување еволуираше од традиционални 1D дизајни на PCB до најсовремено 3D хибридно поврзување на ниво на плочки. Овој напредок овозможува растојание помеѓу меѓуврските во опсег од едноцифрени микрони, со пропусен опсег до 1000 GB/s, додека се одржува висока енергетска ефикасност. Во сржта на напредните технологии за полупроводничко пакување се 2,5D пакувањето (каде што компонентите се поставени една до друга на посреднички слој) и 3D пакувањето (што вклучува вертикално редење на активни чипови). Овие технологии се клучни за иднината на HPC системите.
2.5D технологијата на пакување вклучува различни материјали за посреднички слоеви, секој со свои предности и недостатоци. Посредничките слоеви на силициум (Si), вклучувајќи целосно пасивни силиконски плочки и локализирани силиконски мостови, се познати по тоа што обезбедуваат најдобри можности за поврзување, што ги прави идеални за високо-перформансно пресметување. Сепак, тие се скапи во однос на материјалите и производството и се соочуваат со ограничувања во областа на пакувањето. За да се ублажат овие проблеми, употребата на локализирани силиконски мостови се зголемува, стратешки користејќи силикон каде што фината функционалност е критична, а воедно се решаваат и ограничувањата на површината.
Органските посреднички слоеви, користејќи пластика со вентилаторски обликувана конструкција, се поекономична алтернатива на силиконот. Тие имаат пониска диелектрична константа, што го намалува RC доцнењето во пакувањето. И покрај овие предности, органските посреднички слоеви се борат да постигнат исто ниво на намалување на карактеристиките на меѓусебното поврзување како пакувањето базирано на силикон, што го ограничува нивното усвојување во високо-перформансни компјутерски апликации.
Стаклените средни слоеви предизвикаа значителен интерес, особено по неодамнешното лансирање на пакувањето на тест возила базирано на стакло од страна на Интел. Стаклото нуди неколку предности, како што се прилагодлив коефициент на термичка експанзија (CTE), висока димензионална стабилност, мазни и рамни површини и можност за поддршка на производство на панели, што го прави ветувачки кандидат за средни слоеви со можности за поврзување споредливи со силиконот. Сепак, покрај техничките предизвици, главниот недостаток на стаклените средни слоеви е незрелиот екосистем и моменталниот недостаток на капацитет за производство на големи размери. Како што екосистемот созрева и се подобруваат производствените капацитети, технологиите базирани на стакло во полупроводничкото пакување може да доживеат понатамошен раст и усвојување.
Во однос на 3D технологијата на пакување, хибридното поврзување Cu-Cu без испакнатини станува водечка иновативна технологија. Оваа напредна техника постигнува трајни меѓусебни врски со комбинирање на диелектрични материјали (како SiO2) со вградени метали (Cu). Хибридното поврзување Cu-Cu може да постигне растојание под 10 микрони, обично во опсег од едноцифрени микрони, што претставува значително подобрување во однос на традиционалната технологија со микро-испакнатини, која има растојание помеѓу испакнатините од околу 40-50 микрони. Предностите на хибридното поврзување вклучуваат зголемен I/O, подобрен пропусен опсег, подобрено 3D вертикално редење, подобра енергетска ефикасност и намалени паразитски ефекти и термичка отпорност поради отсуство на полнење на дното. Сепак, оваа технологија е комплексна за производство и има повисоки трошоци.
2,5D и 3D технологиите за пакување опфаќаат различни техники на пакување. Во 2,5D пакувањето, во зависност од изборот на материјали за меѓуслој, може да се категоризира во меѓуслоји на база на силициум, органска и стакло, како што е прикажано на сликата погоре. Во 3D пакувањето, развојот на технологијата со микро-испакнатини има за цел да ги намали димензиите на растојанието, но денес, со усвојување на технологијата на хибридно поврзување (метод на директно поврзување Cu-Cu), може да се постигнат едноцифрени димензии на растојание, што означува значаен напредок во оваа област.
**Клучни технолошки трендови што треба да се следат:**
1. **Поголеми области на посреднички слоеви:** IDTechEx претходно предвиде дека поради тешкотијата силиконските посреднички слоеви да ја надминат границата од 3x големината на решетката, решенијата за 2,5D силиконски мостови наскоро ќе ги заменат силиконските посреднички слоеви како примарен избор за пакување на HPC чипови. TSMC е главен снабдувач на 2,5D силиконски посреднички слоеви за NVIDIA и други водечки HPC развивачи како Google и Amazon, а компанијата неодамна објави масовно производство на својата прва генерација CoWoS_L со големина на решетката од 3,5x. IDTechEx очекува овој тренд да продолжи, со понатамошни напредоци дискутирани во неговиот извештај што ги опфаќа главните играчи.
2. **Пакување на ниво на панел:** Пакувањето на ниво на панел стана значаен фокус, како што беше истакнато на Меѓународниот саем за полупроводници во Тајван во 2024 година. Овој метод на пакување овозможува употреба на поголеми посреднички слоеви и помага во намалување на трошоците со истовремено производство на повеќе пакувања. И покрај неговиот потенцијал, сè уште треба да се решат предизвици како што е управувањето со искривување на страниците. Неговата зголемена важност ја одразува растечката побарувачка за поголеми, поекономични посреднички слоеви.
3. **Стаклени меѓуслоеви:** Стаклото се појавува како силен кандидат за материјал за постигнување фино ожичување, споредливо со силиконот, со дополнителни предности како што се прилагодлив CTE и поголема сигурност. Стаклените меѓуслоеви се исто така компатибилни со пакување на ниво на панел, нудејќи потенцијал за ожичување со висока густина по поприфатливи трошоци, што го прави ветувачко решение за идните технологии за пакување.
4. **HBM хибридно поврзување:** 3D бакарно-бакарно (Cu-Cu) хибридно поврзување е клучна технологија за постигнување на ултра-фини вертикални меѓусебни врски помеѓу чиповите. Оваа технологија се користи во разни врвни серверски производи, вклучувајќи го AMD EPYC за наредени SRAM и процесори, како и серијата MI300 за наредени блокови на CPU/GPU на I/O матрици. Се очекува хибридното поврзување да игра клучна улога во идните достигнувања на HBM, особено за DRAM стекови што надминуваат слоеви од 16-Hi или 20-Hi.
5. **Ко-пакувани оптички уреди (CPO):** Со растечката побарувачка за поголем проток на податоци и енергетска ефикасност, технологијата за оптичко меѓусебно поврзување привлече значително внимание. Ко-пакуваните оптички уреди (CPO) стануваат клучно решение за подобрување на пропусниот опсег на влезно/излезни податоци и намалување на потрошувачката на енергија. Во споредба со традиционалниот електричен пренос, оптичката комуникација нуди неколку предности, вклучувајќи помало слабеење на сигналот на долги растојанија, намалена чувствителност на преслушување и значително зголемен пропусен опсег. Овие предности го прават CPO идеален избор за системи за висококвалитетна компјутерска комуникација (HPC) кои трошат многу податоци и се енергетски ефикасни.
**Клучни пазари за следење:**
Примарниот пазар што го движи развојот на 2.5D и 3D технологиите за пакување е несомнено секторот за високо-перформансно пресметување (HPC). Овие напредни методи на пакување се клучни за надминување на ограничувањата на Муровиот закон, овозможувајќи повеќе транзистори, меморија и меѓусебни врски во рамките на еден пакет. Разложувањето на чиповите, исто така, овозможува оптимално искористување на процесните јазли помеѓу различни функционални блокови, како што е одвојување на I/O блоковите од блоковите за обработка, со што дополнително се зголемува ефикасноста.
Покрај високо-перформансното пресметување (HPC), се очекува и други пазари да постигнат раст преку усвојување на напредни технологии за пакување. Во секторите 5G и 6G, иновациите како што се антените за пакување и најсовремените чип решенија ќе ја обликуваат иднината на архитектурите на безжичните мрежи за пристап (RAN). Автономните возила исто така ќе имаат корист, бидејќи овие технологии ја поддржуваат интеграцијата на сензорските пакети и компјутерските единици за обработка на големи количини на податоци, а воедно ќе обезбедат безбедност, сигурност, компактност, управување со енергијата и топлината и економичност.
Потрошувачката електроника (вклучувајќи паметни телефони, паметни часовници, AR/VR уреди, персонални компјутери и работни станици) се повеќе се фокусира на обработка на повеќе податоци во помали простори, и покрај поголемиот акцент на трошоците. Напредното полупроводничко пакување ќе игра клучна улога во овој тренд, иако методите на пакување може да се разликуваат од оние што се користат во HPC.
Време на објавување: 07.10.2024