Pooljuhtpakendid on arenenud traditsioonilistest 1D PCB-de disainidest tipptasemel 3D-hübriidsiduseks vahvli tasemel. See edasiminek võimaldab omavahel ühendada ühekohalise mikroni vahemikus ribalaiusega kuni 1000 GB/s, säilitades samal ajal kõrge energiatõhususe. Täiustatud pooljuhtide pakendamise tehnoloogiate keskmes on 2,5D-pakend (kus komponendid asetatakse kõrvuti vahekihile) ja 3D-pakend (mis hõlmab aktiivsete kiipide vertikaalset virnatamist). Need tehnoloogiad on HPC-süsteemide tuleviku jaoks üliolulised.
2.5D pakkimistehnoloogia hõlmab erinevaid vahekihi materjale, millest igaühel on oma eelised ja puudused. Räni (Si) vahekihid, sealhulgas täielikult passiivsed räniplaadid ja lokaliseeritud ränisillad, on tuntud parimate juhtmestike võimaluste poolest, muutes need ideaalseks suure jõudlusega andmetöötluse jaoks. Kuid need on materjalide ja tootmise osas kulukad ning pakendivaldkonnas on piiranguid. Nende probleemide leevendamiseks suureneb lokaliseeritud ränisildade kasutamine, kasutades räni strateegiliselt, kus peen funktsionaalsus on piirkonna piirangute lahendamisel kriitiline.
Orgaanilised vahekihid, mis kasutavad väljapuhutavat vormitud plasti, on räni kuluefektiivsem alternatiiv. Neil on madalam dielektriline konstant, mis vähendab RC viivitust pakendis. Nendest eelistest hoolimata on orgaanilistel vahekihtidel raskusi, et saavutada samasugune ühendusfunktsioonide vähendamine kui ränipõhised pakendid, mis piirab nende kasutuselevõttu suure jõudlusega andmetöötlusrakendustes.
Klaasi vahekihid on pälvinud märkimisväärset huvi, eriti pärast Inteli hiljutist klaasipõhiste katsesõidukite pakendite turule toomist. Klaasil on mitmeid eeliseid, nagu reguleeritav soojuspaisumistegur (CTE), suur mõõtmete stabiilsus, siledad ja tasased pinnad ning võime toetada paneelide tootmist, muutes selle paljulubavaks kandidaadiks vahekihtide jaoks, mille juhtmestiku võimalused on võrreldavad räniga. Kuid lisaks tehnilistele väljakutsetele on klaasi vahekihtide peamiseks puuduseks ebaküps ökosüsteem ja praegune suuremahulise tootmisvõimsuse puudumine. Kuna ökosüsteem küpseb ja tootmisvõimalused paranevad, võivad pooljuhtpakendites kasutatavad klaasipõhised tehnoloogiad veelgi kasvada ja kasutusele võtta.
3D-pakendamise tehnoloogia osas on Cu-Cu põrutusteta hübriidsidemest saamas juhtiv uuenduslik tehnoloogia. See täiustatud tehnika saavutab püsivad vastastikused ühendused, kombineerides dielektrilisi materjale (nagu SiO2) sisseehitatud metallidega (Cu). Cu-Cu hübriidsideme abil on võimalik saavutada vahekaugusi alla 10 mikroni, tavaliselt ühekohalises mikronivahemikus, mis on märkimisväärne edasiminek võrreldes traditsioonilise mikrokumpide tehnoloogiaga, mille vahekaugused on umbes 40–50 mikronit. Hübriidsideme eeliste hulka kuuluvad suurenenud I/O, suurem ribalaius, täiustatud 3D vertikaalne virnastamine, parem energiatõhusus ning põhjatäidise puudumise tõttu vähenenud parasiitefektid ja soojustakistus. Seda tehnoloogiat on aga keeruline valmistada ja selle maksumus on kõrgem.
2.5D ja 3D pakkimistehnoloogiad hõlmavad erinevaid pakkimistehnikaid. 2,5D-pakendis saab selle olenevalt vahekihi materjalide valikust liigitada räni-, orgaanilise- ja klaasipõhisteks vahekihtideks, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel. 3D-pakendite puhul on mikrokonaruste tehnoloogia arendamise eesmärk vähendada vahede mõõtmeid, kuid tänapäeval on hübriidsidetehnoloogia (otse Cu-Cu ühenduse meetod) kasutuselevõtuga võimalik saavutada ühekohalised vahemõõtmed, mis tähistab selles valdkonnas märkimisväärset edu. .
**Peamised tehnoloogilised suundumused, mida jälgida:**
1. **Suuremad vahekihtide alad:** IDTechEx ennustas varem, et räni vahekihtide raskuste tõttu, mis ületavad 3x võre suuruse piirangut, asendavad 2,5D ränisilla lahendused peagi räni vahekihid HPC kiipide pakendamise esmavalikuna. TSMC on NVIDIA ja teiste juhtivate HPC arendajate, nagu Google ja Amazon, 2,5D räni vahekihtide peamine tarnija ning ettevõte teatas hiljuti oma esimese põlvkonna CoWoS_L masstootmisest, mille võre suurus on 3,5 korda. IDTechEx loodab, et see suundumus jätkub ja tema aruandes arutatakse edasisi edusamme, mis hõlmavad suuri tegijaid.
2. **Paneelitasemel pakend:** 2024. aasta Taiwani rahvusvahelisel pooljuhtide näitusel rõhutati, et paneelitasemel pakend on muutunud oluliseks fookuseks. See pakkimismeetod võimaldab kasutada suuremaid vahekihte ja aitab vähendada kulusid, tootes korraga rohkem pakendeid. Vaatamata selle potentsiaalile tuleb lahendada selliseid väljakutseid nagu deformatsioonihaldus. Selle kasvav esiletõus peegeldab kasvavat nõudlust suuremate ja kuluefektiivsemate vahekihtide järele.
3. **Klaasi vahekihid:** Klaasist on kujunemas tugev kandidaatmaterjal peenjuhtmestiku saavutamiseks, mis on võrreldav räniga, millel on täiendavad eelised, nagu reguleeritav CTE ja suurem töökindlus. Klaasi vahekihid ühilduvad ka paneelitasandi pakenditega, pakkudes potentsiaali suure tihedusega juhtmestikuks paremini hallatavate kuludega, muutes selle tulevaste pakkimistehnoloogiate jaoks paljutõotavaks lahenduseks.
4. **HBM hübriidside:** 3D vase-vase (Cu-Cu) hübriidside on võtmetehnoloogia kiipide vaheliste ülipeente sammude vertikaalsete ühenduste saavutamiseks. Seda tehnoloogiat on kasutatud erinevates tipptasemel serveritoodetes, sealhulgas virnastatud SRAM-i ja CPU-de jaoks mõeldud AMD EPYC-is, samuti MI300-seerias CPU/GPU-plokkide virnastamiseks I/O-vormingutele. Eeldatakse, et hübriidsidestamine mängib tulevastes HBM-i edusammudes otsustavat rolli, eriti DRAM-i virnade puhul, mis ületavad 16-Hi või 20-Hi-kihte.
5. **Kaaspakendatud optilised seadmed (CPO):** Seoses kasvava nõudlusega suurema andmeedastusvõimsuse ja energiatõhususe järele on optiliste ühenduste tehnoloogia pälvinud märkimisväärset tähelepanu. Ühispakendatud optilised seadmed (CPO) on muutumas võtmelahenduseks sisend-väljundi ribalaiuse suurendamiseks ja energiatarbimise vähendamiseks. Võrreldes traditsioonilise elektriülekandega pakub optiline side mitmeid eeliseid, sealhulgas madalam signaali sumbumine pikkadel vahemaadel, vähenenud ülekõnede tundlikkus ja oluliselt suurem ribalaius. Need eelised muudavad CPO ideaalseks valikuks andmemahukate ja energiatõhusate HPC süsteemide jaoks.
** Peamised turud, mida vaadata:**
Esmane turg, mis juhib 2,5D- ja 3D-pakendamise tehnoloogiate arendamist, on kahtlemata kõrgjõudlusega andmetöötluse (HPC) sektor. Need täiustatud pakkimismeetodid on üliolulised Moore'i seaduse piirangute ületamiseks, võimaldades ühes paketis rohkem transistore, mälu ja ühendusi. Kiipide lagunemine võimaldab ka protsessisõlmede optimaalset ärakasutamist erinevate funktsionaalsete plokkide vahel, näiteks eraldada I/O plokid töötlemisplokkidest, suurendades veelgi tõhusust.
Lisaks kõrgjõudlusega andmetöötlusele (HPC) eeldatakse, et arenenud pakkimistehnoloogiate kasutuselevõtu kaudu saavutavad kasvu ka teised turud. 5G ja 6G sektoris kujundavad traadita juurdepääsuvõrkude (RAN) arhitektuuride tulevikku uuendused, nagu pakkeantennid ja tipptasemel kiibilahendused. Kasu saavad ka autonoomsed sõidukid, kuna need tehnoloogiad toetavad andurite komplektide ja arvutusüksuste integreerimist suurte andmemahtude töötlemiseks, tagades samas ohutuse, töökindluse, kompaktsuse, võimsuse ja soojusjuhtimise ning kuluefektiivsuse.
Tarbeelektroonika (sealhulgas nutitelefonid, nutikellad, AR/VR-seadmed, personaalarvutid ja tööjaamad) keskendub üha enam andmete töötlemisele väiksemates ruumides, hoolimata suuremast rõhuasetusest kuludele. Täiustatud pooljuhtpakendid mängivad selles suundumuses võtmerolli, kuigi pakkimismeetodid võivad HPC-s kasutatavatest erineda.
Postitusaeg: 25. oktoober 2024