Полупроводничка амбалажа је еволуирала од традиционалних 1Д ПЦБ дизајна до најсавременијег 3Д хибридног повезивања на нивоу плочице. Овај напредак омогућава размак међуповезивања у једноцифреном микронском опсегу, са пропусним опсегом до 1000 ГБ/с, уз одржавање високе енергетске ефикасности. У основи напредних технологија за паковање полупроводника су 2.5Д паковање (где су компоненте постављене једна поред друге на међуслоју) и 3Д паковање (које укључује вертикално слагање активних чипова). Ове технологије су кључне за будућност ХПЦ система.
2.5Д технологија паковања укључује различите материјале међуслојних, од којих сваки има своје предности и недостатке. Силицијумски (Си) међуслојеви, укључујући потпуно пасивне силиконске плочице и локализоване силиконске мостове, познати су по томе што пружају најфиније могућности ожичења, што их чини идеалним за рачунарство високих перформанси. Међутим, они су скупи у смислу материјала и производње и суочавају се са ограничењима у области паковања. Да би се ублажили ови проблеми, повећава се употреба локализованих силицијумских мостова, који стратешки користе силицијум где је фина функционалност критична док се решавају ограничења подручја.
Органски међуслојеви, који користе лепезасту обликовану пластику, су исплативија алтернатива силицијуму. Имају нижу диелектричну константу, што смањује РЦ кашњење у пакету. Упркос овим предностима, органски посреднички слојеви се боре да постигну исти ниво редукције карактеристика међусобног повезивања као паковање засновано на силикону, ограничавајући њихово усвајање у рачунарским апликацијама високих перформанси.
Стаклени посреднички слојеви изазвали су значајно интересовање, посебно након недавног лансирања Интеловог паковања за тестирање возила на бази стакла. Стакло нуди неколико предности, као што су подесиви коефицијент термичке експанзије (ЦТЕ), висока стабилност димензија, глатке и равне површине и могућност да подржи производњу панела, што га чини обећавајућим кандидатом за међуслојеве са могућностима ожичења упоредивим са силицијумом. Међутим, поред техничких изазова, главни недостатак стаклених посредних слојева је незрео екосистем и тренутни недостатак производних капацитета великих размера. Како екосистем сазрева и производне могућности се побољшавају, технологије засноване на стаклу у полупроводничкој амбалажи могу доживети даљи раст и усвајање.
У погледу 3Д технологије паковања, Цу-Цу хибридно лепљење без удараца постаје водећа иновативна технологија. Ова напредна техника постиже трајне међусобне везе комбиновањем диелектричних материјала (попут СиО2) са уграђеним металима (Цу). Цу-Цу хибридно везивање може да постигне размаке испод 10 микрона, типично у једноцифреном опсегу микрона, што представља значајно побољшање у односу на традиционалну микро-бумп технологију, која има размаке од око 40-50 микрона. Предности хибридног везивања укључују повећан И/О, побољшани пропусни опсег, побољшано 3Д вертикално слагање, бољу енергетску ефикасност и смањене ефекте паразита и топлотну отпорност због одсуства доњег пуњења. Међутим, ова технологија је сложена за производњу и има веће трошкове.
2.5Д и 3Д технологије паковања обухватају различите технике паковања. У 2.5Д амбалажи, у зависности од избора материјала за међуслој, може се категорисати на међуслојеве на бази силицијума, органске и стаклене, као што је приказано на горњој слици. У 3Д паковању, развој технологије микро-бумп има за циљ да смањи димензије размака, али данас, усвајањем хибридне технологије везивања (метода директне Цу-Цу везе), могу се постићи једноцифрене димензије размака, што означава значајан напредак у овој области. .
**Кључни технолошки трендови које треба пратити:**
1. **Веће области међуслојних слојева:** ИДТецхЕк је раније предвидео да ће због потешкоћа да међуслојеви силицијума прелазе границу величине конца од 3к, решења 2.5Д силицијумских мостова ускоро замењују силицијумске међуслојеве као примарни избор за паковање ХПЦ чипова. ТСМЦ је главни добављач 2.5Д силиконских посредничких слојева за НВИДИА и друге водеће ХПЦ програмере као што су Гоогле и Амазон, а компанија је недавно најавила масовну производњу своје прве генерације ЦоВоС_Л са величином конца 3,5к. ИДТецхЕк очекује да ће се овај тренд наставити, са даљим напретком који се разматра у његовом извештају који покрива главне играче.
2. **Паковање на нивоу панела:** Паковање на нивоу панела постало је значајан фокус, као што је истакнуто на Тајванској међународној изложби полупроводника 2024. Ова метода паковања омогућава употребу већих међуслојева и помаже у смањењу трошкова истовременом производњом више пакета. Упркос његовом потенцијалу, изазови као што је управљање искривљењем и даље треба да се позабаве. Његова све већа истакнутост одражава растућу потражњу за већим, исплативијим посредничким слојевима.
3. **Посредни слојеви стакла:** Стакло се појављује као јак материјал кандидата за постизање финог ожичења, упоредивог са силицијумом, са додатним предностима као што су подесиви ЦТЕ и већа поузданост. Стаклени међуслојеви су такође компатибилни са паковањем на нивоу панела, нудећи потенцијал за ожичење високе густине уз лакше управљиве трошкове, што га чини обећавајућим решењем за будуће технологије паковања.
4. **ХБМ хибридно везивање:** 3Д бакар-бакар (Цу-Цу) хибридно везивање је кључна технологија за постизање ултра финих вертикалних међувеза између чипова. Ова технологија је коришћена у разним врхунским серверским производима, укључујући АМД ЕПИЦ за наслагане СРАМ и ЦПУ, као и МИ300 серију за слагање ЦПУ/ГПУ блокова на И/О матрице. Очекује се да ће хибридно повезивање играти кључну улогу у будућим напретцима ХБМ-а, посебно за ДРАМ стекове који прелазе 16-Хи или 20-Хи слојеве.
5. **Копаковани оптички уређаји (ЦПО):** Уз растућу потражњу за већом пропусношћу података и енергетском ефикасношћу, технологија оптичког међусобног повезивања је привукла значајну пажњу. Копаковани оптички уређаји (ЦПО) постају кључно решење за повећање И/О пропусног опсега и смањење потрошње енергије. У поређењу са традиционалним електричним преносом, оптичка комуникација нуди неколико предности, укључујући ниже слабљење сигнала на великим удаљеностима, смањену осетљивост на преслушавање и значајно повећан пропусни опсег. Ове предности чине ЦПО идеалним избором за енергетски ефикасне ХПЦ системе са интензивним подацима.
**Кључна тржишта за посматрање:**
Примарно тржиште које покреће развој 2.5Д и 3Д технологија паковања је несумњиво сектор рачунарства високих перформанси (ХПЦ). Ове напредне методе паковања су кључне за превазилажење ограничења Муровог закона, омогућавајући више транзистора, меморије и интерконекције унутар једног пакета. Декомпозиција чипова такође омогућава оптимално коришћење процесних чворова између различитих функционалних блокова, као што је одвајање И/О блокова од блокова за обраду, додатно повећавајући ефикасност.
Поред рачунарства високих перформанси (ХПЦ), очекује се да ће и друга тржишта остварити раст кроз усвајање напредних технологија паковања. У 5Г и 6Г секторима, иновације као што су антене за паковање и најсавременија решења за чипове ће обликовати будућност архитектуре бежичних приступних мрежа (РАН). Аутономна возила ће такође имати користи, јер ове технологије подржавају интеграцију пакета сензора и рачунарских јединица за обраду великих количина података, истовремено осигуравајући безбедност, поузданост, компактност, управљање снагом и топлотом и економичност.
Потрошачка електроника (укључујући паметне телефоне, паметне сатове, АР/ВР уређаје, рачунаре и радне станице) је све више фокусирана на обраду више података у мањим просторима, упркос већем нагласку на трошковима. Напредна полупроводничка амбалажа ће играти кључну улогу у овом тренду, иако се методе паковања могу разликовати од оних које се користе у ХПЦ-у.
Време поста: 25.10.2024