Полупроводниковая упаковка развивалась от традиционных 1D-конструкций до передовой 3D-гибридной связи на уровне пластины. Это продвижение позволяет интернатно-интерфейсу в диапазоне однозначных микрон, с полосами пропускания до 1000 ГБ/с, сохраняя при этом высокую энергоэффективность. В основе передовых технологий полупроводниковой упаковки находятся 2,5D упаковка (где компоненты расположены рядом на промежуточном слое) и 3D -упаковка (которая включает в себя вертикальные укладки активных чипов). Эти технологии имеют решающее значение для будущего систем HPC.
2.5D Технология упаковки включает в себя различные материалы для промежуточных слоев, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Промежуточные слои кремния (SI), в том числе полностью пассивные кремниевые пластины и локализованные кремниевые мостики, известны тем, что предоставляют лучшие возможности для проводки, что делает их идеальными для высокопроизводительных вычислений. Тем не менее, они дороги с точки зрения материалов и производства и ограничений для лица в области упаковки. Чтобы смягчить эти проблемы, использование локализованных кремниевых мостов увеличивается, стратегически используя кремний, где тонкая функциональность имеет решающее значение при рассмотрении ограничений площади.
Органические промежуточные слои, использующие формованные пластмассы, являются более экономически эффективной альтернативой кремния. Они имеют более низкую диэлектрическую постоянную, которая уменьшает задержку RC в упаковке. Несмотря на эти преимущества, органические промежуточные слои борются за то, чтобы достичь того же уровня сокращения взаимосвязей функций, что и упаковка на основе кремния, ограничивая их принятие в высокопроизводительных вычислительных приложениях.
Стеклянные промежуточные слои вызвали значительный интерес, особенно после недавнего запуска Intel тестового транспортного средства на основе стекла. Glass предлагает несколько преимуществ, таких как регулируемый коэффициент теплового расширения (CTE), высокая стабильность, гладкие и плоские поверхности и способность поддерживать производство панелей, что делает его перспективным кандидатом для промежуточных слоев с возможностями проводки, сопоставимыми с Silicon. Тем не менее, помимо технических проблем, основным недостатком стеклянных промежуточных слоев является незрелая экосистема и отсутствие тока крупномасштабных производственных мощностей. По мере того, как экосистема созревает и улучшается производственные возможности, технологии на основе стекла в полупроводниковой упаковке могут увидеть дальнейший рост и принятие.
С точки зрения технологии 3D-упаковки, гибридная связь без ударов Cu-Cu становится ведущей инновационной технологией. Эта передовая методика достигает постоянных взаимосвязи, объединяя диэлектрические материалы (например, SIO2) со встроенными металлами (CU). Гибридная связь Cu-Cu может достигать пространств менее 10 микрон, обычно в диапазоне однозначных микрон, что представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционной технологией микро-бомб, которая имеет неровные пространства около 40-50 микрон. Преимущества гибридной связи включают увеличение ввода -вывода, повышенную полосу пропускания, улучшенную 3D -вертикальную укладку, повышенную эффективность мощности и снижение паразитических эффектов и тепловое сопротивление из -за отсутствия нижнего заполнения. Тем не менее, эта технология сложна для производства и имеет более высокие затраты.
2,5D и 3D -упаковочные технологии охватывают различные методы упаковки. В 2,5D-упаковке, в зависимости от выбора материалов промежуточных слоев, его можно классифицировать на промежуточные слои на основе кремния, на основе органических и стекло, как показано на рисунке выше. В 3D-упаковке разработка технологии Micro-Bump направлена на снижение размеров расстояния, но сегодня путем принятия гибридной технологии связывания (метод прямого соединения Cu-Cu), можно достичь однозначных размеров, отмечая значительный прогресс в этой области.
** Ключевые технологические тенденции для наблюдения: **
1. ** Большие площади промежуточного слоя: ** IDTechex ранее предсказывал, что из -за сложности кремниевых промежуточных слоев, превышающих 3 -кратный предел размера сетки, 2,5D растворы кремниевого моста вскоре заменит кремниевые промежуточные слои в качестве основного выбора для упаковочных чипсов HPC. TSMC является основным поставщиком 2,5D-промежуточных слоев для NVIDIA и других ведущих разработчиков HPC, таких как Google и Amazon, и недавно компания объявила о массовом производстве своего первого поколения COOS_L с размером 3,5X сетки. Idtechex ожидает, что эта тенденция будет продолжаться, а дальнейшие достижения обсуждаются в его отчете, посвященном крупным игрокам.
2. ** Упаковка на уровне панели: ** Упаковка на уровне панели стала значительной целью, как показано на 2024 году на Тайваньской международной полупроводниковой выставке. Этот метод упаковки позволяет использовать более крупные промежуточные слои и помогает снизить затраты, производя больше пакетов одновременно. Несмотря на свой потенциал, такие проблемы, как управление боевым веществом, все еще необходимо решать. Его растущая известность отражает растущий спрос на более крупные, более экономически эффективные промежуточные слои.
3. Стеклянные промежуточные слои также совместимы с упаковкой на уровне панелей, предлагая потенциал для проводки высокой плотности при более управляемых затратах, что делает его многообещающим решением для будущих технологий упаковки.
4. Эта технология использовалась в различных высококачественных серверных продуктах, в том числе AMD EPYC для уклаженных SRAM и CPU, а также серию MI300 для укладки блоков ЦП/графического процессора в вводах ввода/вывода. Ожидается, что гибридная связь будет играть решающую роль в будущих достижениях HBM, особенно для стеков DRAM, превышающих 16-HI или 20-HI слоев.
5. Оптические устройства (CPO) становятся ключевым решением для улучшения полосы пропускания ввода/вывода и снижения потребления энергии. По сравнению с традиционной электрической передачей, оптическая связь предлагает несколько преимуществ, включая более низкое ослабление сигналов на больших расстояниях, снижение чувствительности перекрестных помех и значительно повышенную ширину полосы. Эти преимущества делают CPO идеальным выбором для интенсивных данных, энергоэффективных систем HPC.
** Ключевые рынки для просмотра: **
Основным рынком, стимулирующим разработку 2,5D и 3D-упаковочных технологий, несомненно, является сектором высокопроизводительных вычислений (HPC). Эти передовые методы упаковки имеют решающее значение для преодоления ограничений закона Мура, что позволяет больше транзисторов, памяти и взаимосвязи в одном пакете. Разложение чипов также позволяет оптимально использовать узлы процесса между различными функциональными блоками, такими как отделение блоков ввода -вывода от обработчиков, дальнейшее повышение эффективности.
В дополнение к высокопроизводительным вычислениям (HPC), также ожидается, что другие рынки будут достигнуть роста за счет принятия передовых технологий упаковки. В секторах 5G и 6G инновации, такие как упаковочные антенны и передовые решения для чипов, будут определять будущее архитектуры сети беспроводной доступа (RAN). Автономные транспортные средства также выиграют, так как эти технологии поддерживают интеграцию датчиков и вычислительных единиц для обработки больших объемов данных, обеспечивая при этом безопасность, надежность, компактность, мощность и тепловое управление и экономическую эффективность.
Потребительская электроника (включая смартфоны, интеллектуальные часы, устройства AR/VR, ПК и рабочие станции) все чаще сосредоточены на обработке большего количества данных в небольших пространствах, несмотря на большее внимание затратам. Усовершенствованная полупроводниковая упаковка будет играть ключевую роль в этой тенденции, хотя методы упаковки могут отличаться от тех, которые используются в HPC.
Время публикации: октябрь-07-2024