Pooljuhtide pakendid on arenenud traditsioonilistest 1D trükkplaatide disainidest tipptasemel 3D hübriidliimimiseni kiipide tasandil. See edasiminek võimaldab ühenduste vahekaugusi ühekohalise mikroni vahemikus ribalaiusega kuni 1000 GB/s, säilitades samal ajal kõrge energiatõhususe. Täiustatud pooljuhtide pakenditehnoloogiate tuumaks on 2,5D pakendid (kus komponendid asetatakse kõrvuti vahekihile) ja 3D pakendid (mis hõlmavad aktiivsete kiipide vertikaalset virnastamist). Need tehnoloogiad on HPC-süsteemide tuleviku jaoks üliolulised.
2.5D pakketehnoloogia hõlmab mitmesuguseid vahekihi materjale, millel kõigil on oma eelised ja puudused. Ränist (Si) vahekihid, sealhulgas täispassiivsed räniplaadid ja lokaliseeritud ränisillad, on tuntud oma parimate juhtmestikuvõimaluste poolest, mistõttu sobivad need ideaalselt suure jõudlusega andmetöötluseks. Siiski on need materjalide ja tootmise poolest kallid ning silmitsi pakendamise pindala piirangutega. Nende probleemide leevendamiseks on lokaliseeritud ränisildade kasutamine suurenenud, kasutades räni strateegiliselt seal, kus peenfunktsionaalsus on kriitilise tähtsusega, samal ajal lahendades pindalapiiranguid.
Lehvikvormitud plastist orgaanilised vahekihid on räni asemel kulutõhusam alternatiiv. Neil on madalam dielektriline konstant, mis vähendab RC-viivitust pakendis. Vaatamata neile eelistele on orgaanilistel vahekihtidel keeruline saavutada samaväärset ühenduste vähendamise taset kui ränipõhistel pakenditel, mis piirab nende kasutuselevõttu suure jõudlusega andmetöötlusrakendustes.
Klaasist vahekihid on pälvinud märkimisväärset huvi, eriti pärast Inteli hiljutist klaasist katsesõidukite pakendite turuletoomist. Klaasil on mitmeid eeliseid, näiteks reguleeritav soojuspaisumistegur (CTE), kõrge mõõtmete stabiilsus, siledad ja tasased pinnad ning võime toetada paneelide tootmist, mis teeb sellest paljulubava kandidaadi vahekihtide jaoks, mille juhtmestiku võimalused on võrreldavad räni omadega. Lisaks tehnilistele väljakutsetele on klaasist vahekihtide peamiseks puuduseks aga ebaküps ökosüsteem ja praegune suuremahulise tootmisvõimsuse puudumine. Ökosüsteemi küpsedes ja tootmisvõimaluste paranedes võivad klaasist tehnoloogiad pooljuhtide pakendites veelgi kasvada ja kasutusele võtta.
3D-pakenditehnoloogia osas on Cu-Cu kühmuvaba hübriidliimimine muutumas juhtivaks uuenduslikuks tehnoloogiaks. See täiustatud tehnika saavutab püsivad ühendused, kombineerides dielektrilisi materjale (nagu SiO2) manustatud metallidega (Cu). Cu-Cu hübriidliimimine võimaldab saavutada vahesid alla 10 mikroni, tavaliselt ühekohalise mikroni vahemikus, mis on märkimisväärne edasiminek võrreldes traditsioonilise mikrokühmutehnoloogiaga, mille kühmude vahed on umbes 40–50 mikronit. Hübriidliimimise eeliste hulka kuuluvad suurem sisend/väljund, parem ribalaius, parem 3D vertikaalne virnastamine, parem energiatõhusus ning vähenenud parasiitsed efektid ja termiline takistus põhjatäidise puudumise tõttu. Seda tehnoloogiat on aga keeruline toota ja see on kallim.
2,5D ja 3D pakendamistehnoloogiad hõlmavad mitmesuguseid pakendamistehnikaid. 2,5D pakendamise puhul saab vahekihi materjalide valiku põhjal jagada räni-, orgaanilisel ja klaasil põhinevateks vahekihtideks, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel. 3D pakendamise puhul on mikrokühmutehnoloogia arendamise eesmärk vähendada vahemõõtmeid, kuid tänapäeval on hübriidliimimistehnoloogia (otsene Cu-Cu ühendusmeetod) abil võimalik saavutada ühekohalisi vahemõõtmeid, mis tähistab olulist edasiminekut selles valdkonnas.
**Peamised tehnoloogilised trendid, mida jälgida:**
1. **Suuremad vahekihi pindalad:** IDTechEx ennustas varem, et kuna räni vahekihtide ületamine 3-kordse sihiku suuruse piiri on keeruline, asendavad 2,5D ränisillalahendused peagi räni vahekihid HPC-kiipide pakendamise peamise valikuna. TSMC on NVIDIA ja teiste juhtivate HPC-arendajate, näiteks Google'i ja Amazoni, 2,5D räni vahekihtide peamine tarnija ning ettevõte teatas hiljuti oma esimese põlvkonna CoWoS_L masstootmisest 3,5-kordse sihiku suurusega. IDTechEx eeldab selle suundumuse jätkumist ning edasisi edusamme käsitletakse ettevõtte aruandes, mis hõlmab peamisi tegijaid.
2. **Paneeli tasemel pakendamine:** Paneeli tasemel pakendamine on muutunud oluliseks fookuseks, nagu toodi esile 2024. aasta Taiwani rahvusvahelisel pooljuhtide näitusel. See pakendamismeetod võimaldab kasutada suuremaid vahekihte ja aitab vähendada kulusid, tootes samaaegselt rohkem pakke. Vaatamata oma potentsiaalile tuleb endiselt lahendada selliseid väljakutseid nagu deformatsiooni haldamine. Selle kasvav tähtsus peegeldab kasvavat nõudlust suuremate ja kulutõhusamate vahekihtide järele.
3. **Klaasist vahekihid:** Klaasist on saamas tugev kandidaatmaterjal peene juhtmestiku saavutamiseks, mis on võrreldav räni omaga ning millel on lisaeelised, nagu reguleeritav CTE ja suurem töökindlus. Klaasist vahekihid sobivad ka paneeli tasemel pakenditega, pakkudes potentsiaali suure tihedusega juhtmestikuks hallatavamate kuludega, muutes selle paljulubavaks lahenduseks tulevaste pakenditehnoloogiate jaoks.
4. **HBM hübriidliimimine:** 3D vask-vask (Cu-Cu) hübriidliimimine on võtmetehnoloogia kiipide vaheliste ülipeente vertikaalsete ühenduste saavutamiseks. Seda tehnoloogiat on kasutatud erinevates tipptasemel serveritoodetes, sealhulgas AMD EPYC-s virnastatud SRAM-ide ja protsessorite jaoks, samuti MI300 seerias protsessori/graafikaprotsessori plokkide virnastamiseks sisend-/väljundkiibidele. Hübriidliimimisel on eeldatavasti oluline roll tulevastes HBM-i arendustes, eriti DRAM-pinude puhul, mis ületavad 16 või 20 kihti.
5. **Komplekteeritud optilised seadmed (CPO):** Kasvava nõudlusega suurema andmeedastuskiiruse ja energiatõhususe järele on optilise ühendustehnoloogia pälvinud märkimisväärset tähelepanu. Komplekteeritud optilised seadmed (CPO) on muutumas oluliseks lahenduseks sisend-/väljundribalaiuse suurendamiseks ja energiatarbimise vähendamiseks. Võrreldes traditsioonilise elektrilise ülekandega pakub optiline side mitmeid eeliseid, sealhulgas väiksemat signaali sumbumist pikkadel vahemaadel, väiksemat läbikostetundlikkust ja oluliselt suuremat ribalaiust. Need eelised muudavad CPO-d ideaalseks valikuks andmemahukate ja energiatõhusate HPC-süsteemide jaoks.
**Peamised turud, mida jälgida:**
2,5D ja 3D pakendustehnoloogiate arengu peamine liikumapanev turg on kahtlemata kõrgjõudlusega andmetöötluse (HPC) sektor. Need täiustatud pakendusmeetodid on Moore'i seaduse piirangute ületamiseks üliolulised, võimaldades ühes pakendis rohkem transistore, mälu ja ühendusi. Kiipide lagundamine võimaldab ka protsessisõlmede optimaalset kasutamist erinevate funktsionaalsete plokkide vahel, näiteks I/O-plokkide eraldamist töötlusplokkidest, suurendades veelgi tõhusust.
Lisaks kõrgjõudlusega andmetöötlusele (HPC) eeldatakse ka teiste turgude kasvu tänu täiustatud pakenditehnoloogiate kasutuselevõtule. 5G ja 6G sektorites kujundavad innovatsioonid, nagu pakendiantennid ja tipptasemel kiibilahendused, traadita juurdepääsuvõrgu (RAN) arhitektuuride tulevikku. Sellest saavad kasu ka autonoomsed sõidukid, kuna need tehnoloogiad toetavad andurite ja arvutusüksuste integreerimist suurte andmemahtude töötlemiseks, tagades samal ajal ohutuse, töökindluse, kompaktsuse, energia- ja soojushalduse ning kulutõhususe.
Tarbeelektroonika (sh nutitelefonid, nutikellad, AR/VR-seadmed, arvutid ja tööjaamad) keskendub üha enam suurema hulga andmete töötlemisele väiksemates ruumides, hoolimata suuremast rõhuasetusest kuludele. Täiustatud pooljuhtide pakendid mängivad selles trendis võtmerolli, kuigi pakendamismeetodid võivad erineda kõrgjõudlusega andmetöötluses kasutatavatest.
Postituse aeg: 07.10.2024