Полупроводничката амбалажа еволуираше од традиционални 1D дизајни на ПХБ до врвно 3D хибридно поврзување на ниво на нафора. Овој напредок овозможува меѓусебно растојание во опсегот на едноцифрен микрон, со пропусност до 1000 GB/s, притоа одржувајќи висока енергетска ефикасност. Сржта на напредните технологии за пакување со полупроводници се 2,5D пакувањето (каде компонентите се поставени рамо до рамо на посредничкиот слој) и 3D пакувањето (што вклучува вертикално натрупување активни чипови). Овие технологии се клучни за иднината на HPC системите.
Технологијата на 2.5D пакување вклучува различни материјали со посредни слоеви, секој со свои предности и недостатоци. Силиконските (Si) посреднички слоеви, вклучувајќи целосно пасивни силиконски наполитанки и локализирани силиконски мостови, се познати по обезбедувањето на најдобрите можности за поврзување со жици, што ги прави идеални за пресметување со високи перформанси. 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 употребувајќи силикон каде фината функционалност е критична додека се решаваат ограничувањата на областа.
Органските посреднички слоеви, кои користат обликувана пластика со вентилатор, се поисплатлива алтернатива на силиконот. Тие имаат пониска диелектрична константа, што го намалува доцнењето на RC во пакувањето. И покрај овие предности, органските посреднички слоеви се борат да постигнат исто ниво на намалување на карактеристиките за меѓусебно поврзување како пакувањето базирано на силикон, ограничувајќи го нивното прифаќање во компјутерските апликации со високи перформанси.
Стаклените посреднички слоеви собраа значителен интерес, особено по неодамнешното лансирање на тест пакување возила на база на стакло од Intel. Стаклото нуди неколку предности, како што се прилагодливиот коефициент на термичка експанзија (CTE), висока димензионална стабилност, мазни и рамни површини и способност за поддршка на производство на панели, што го прави ветувачки кандидат за посредни слоеви со можности за поврзување споредливи со силикон. Сепак, настрана од техничките предизвици, главниот недостаток на стаклените посреднички слоеви е незрелиот екосистем и моменталниот недостаток на капацитет за производство од големи размери. Како што созрева екосистемот и се подобруваат производствените капацитети, технологиите засновани на стакло во полупроводнички пакувања може да доживеат дополнителен раст и усвојување.
Во однос на технологијата за 3D пакување, хибридното поврзување без удари Cu-Cu станува водечка иновативна технологија. Оваа напредна техника постигнува постојани меѓусебни врски со комбинирање на диелектрични материјали (како SiO2) со вградени метали (Cu). Cu-Cu хибридното поврзување може да постигне растојанија под 10 микрони, обично во опсегот на едноцифрена микрони, што претставува значително подобрување во однос на традиционалната технологија за микро-испакнатини, која има растојанија на испакнатините од околу 40-50 микрони. Предностите на хибридното поврзување вклучуваат зголемен I/O, зголемена пропусност, подобрено 3D вертикално натрупување, подобра енергетска ефикасност и намалени паразитски ефекти и термичка отпорност поради отсуството на полнење на дното. Сепак, оваа технологија е сложена за производство и има повисоки трошоци.
2.5D и 3D технологиите за пакување опфаќаат различни техники на пакување. Во 2.5D пакување, во зависност од изборот на материјали за посредни слоеви, може да се категоризира во посреднички слоеви на база на силикон, органски и стакло, како што е прикажано на сликата погоре. Во 3D пакувањето, развојот на технологијата за микро-испакнатини има за цел да ги намали димензиите на растојанието, но денес, со усвојување на технологијата за хибридно поврзување (директен метод на поврзување Cu-Cu), може да се постигнат едноцифрени димензии на растојание, што означува значителен напредок на теренот .
**Клучни технолошки трендови што треба да се следат:**
1. **Поголеми подрачја на посредничките слоеви:** IDTechEx претходно предвиде дека поради тешкотијата на силиконските посреднички слоеви да ја надминат границата од 3x на големината на ретикулите, решенијата за силиконски мостови 2,5D 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 програмери како Google и Amazon, а компанијата неодамна објави масовно производство на својата прва генерација CoWoS_L со големина на ретикулата 3.5x. IDTechEx очекува овој тренд да продолжи, со понатамошни достигнувања кои се 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 меѓународната изложба на полупроводници во Тајван во 2024 година. Овој метод на пакување овозможува користење на поголеми посреднички слоеви и помага да се намалат трошоците со истовремено производство на повеќе пакувања. И покрај неговиот потенцијал, предизвиците како што е управувањето со warpage сè уште треба да се решат. Неговата зголемена важност ја одразува зголемената побарувачка за поголеми, поисплатливи посреднички слоеви.
3. **Посредни слоеви на стакло:** Стаклото се појавува како силен кандидат материјал за постигнување фини жици, споредливи со силиконот, со дополнителни предности како што се прилагодливиот CTE и поголема доверливост. Стаклените посреднички слоеви се исто така компатибилни со пакување на ниво на панел, нудејќи потенцијал за жици со висока густина по попогодни трошоци, што го прави ветувачко решение за идните технологии за пакување.
4. **HBM Hybrid Bonding:** 3D хибридното поврзување бакар-бакар (Cu-Cu) е клучна технологија за постигнување вертикални интерконекции со ултра тенок чекор помеѓу чиповите. Оваа технологија се користи во различни производи за сервери од високата класа, вклучително и AMD EPYC за наредени SRAM и процесори, како и серијата MI300 за редење блокови на CPU/GPU на I/O матрици. Се очекува хибридното поврзување да игра клучна улога во идните достигнувања на HBM, особено за стекови DRAM кои надминуваат слоеви од 16-Hi или 20-Hi.
5. **Ко-пакувани оптички уреди (CPO):** Со зголемената побарувачка за поголема пропусност на податоци и енергетска ефикасност, технологијата за оптичко поврзување привлече значително внимание. Заедничките оптички уреди (CPO) стануваат клучно решение за подобрување на пропусниот опсег на I/O и намалување на потрошувачката на енергија. Во споредба со традиционалниот електричен пренос, оптичката комуникација нуди неколку предности, вклучително и пониско слабеење на сигналот на долги растојанија, намалена чувствителност на разговор и значително зголемен пропусен опсег. Овие предности го прават CPO идеален избор за системи за HPC со интензивни податоци и енергетски ефикасни.
**Клучни пазари за гледање:**
Примарниот пазар кој го поттикнува развојот на технологиите за 2,5D и 3D пакување е несомнено секторот за компјутери со високи перформанси (HPC). Овие напредни методи на пакување се клучни за надминување на ограничувањата на Муровиот закон, овозможувајќи повеќе транзистори, меморија и меѓусебни врски во еден пакет. Распаѓањето на чиповите, исто така, овозможува оптимално искористување на процесните јазли помеѓу различните функционални блокови, како што е одвојување на I/O блокови од процесорските блокови, со што дополнително се зголемува ефикасноста.
Покрај компјутерите со високи перформанси (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 врвните решенија за чипови ќе ја обликуваат иднината на архитектурите на безжичната мрежа за пристап (RAN). Автономните возила, исто така, ќе имаат корист, бидејќи овие технологии поддржуваат интеграција на пакети со сензори и компјутерски единици за обработка на големи количини на податоци, истовремено обезбедувајќи безбедност, доверливост, компактност, управување со моќност и топлинска енергија и економичност.
Потрошувачката електроника (вклучувајќи паметни телефони, паметни часовници, AR/VR уреди, компјутери и работни станици) се повеќе се фокусира на обработка на повеќе податоци во помали простори, и покрај поголем акцент на трошоците. Напредното пакување со полупроводници 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: Октомври-25-2024 година