Напівпровідникова упаковка перетворилася від традиційних 1D-конструкцій PCB до передового 3D-гібридного зв’язку на рівні вафель. Це просування дозволяє переплавити взаємозв'язок у одноцифровому діапазоні мікрона, з пропускною здатністю до 1000 ГБ/с, зберігаючи при цьому високою енергоефективністю. В основі вдосконалених технологій упаковки напівпровідників - 2,5D упаковка (де компоненти розміщуються поруч на посередницькому шарі) та 3D -упаковка (яка передбачає вертикально укладання активних мікросхем). Ці технології мають вирішальне значення для майбутнього систем HPC.
2,5D технологія упаковки включає різні матеріали посередницького шару, кожен з яких має власні переваги та недоліки. Посередні шари кремнію (SI), включаючи повністю пасивні вафлі кремнію та локалізовані кремнієві мости, відомі тим, що надають найкращі можливості проводки, що робить їх ідеальними для високопродуктивних обчислень. Однак вони є дорогими з точки зору матеріалів, виробництва та обмеження обличчя в упаковці. Для пом'якшення цих питань використання локалізованих кремнієвих мостів збільшується, стратегічно використовуючи кремній, де тонка функціональність є критичною під час вирішення обмежень області.
Органічні посередницькі шари, використовуючи пластмасу, що формуються, є більш економічно вигідною альтернативою кремнію. Вони мають нижчу діелектричну константу, що зменшує затримку RC в упаковці. Незважаючи на ці переваги, органічні посередницькі шари намагаються досягти одного і того ж рівня зменшення функцій взаємозв'язку, як упаковки на основі кремнію, обмежуючи їх прийняття у високоефективних обчислювальних додатках.
Скляні посередницькі шари викликали значний інтерес, особливо після нещодавнього запуску упаковки для випробувального транспортного засобу Intel. Glass пропонує кілька переваг, таких як регульований коефіцієнт теплового розширення (CTE), висока розмірна стабільність, гладкі та плоскі поверхні та можливість підтримки виробництва панелей, що робить його перспективним кандидатом для посередницьких шарів з можливостями проводки, порівнянними з кремнієм. Однак, окрім технічних проблем, головним недоліком скляних посередницьких шарів є незріла екосистема та поточна відсутність масштабних виробничих потужностей. По мірі того, як екосистема дозріває та покращується виробничі можливості, технології на основі скла в напівпровідниковій упаковці можуть побачити подальше зростання та прийняття.
З точки зору технології 3D-упаковки, гібридне з'єднання без батів Cu-Cu стає провідною інноваційною технологією. Ця вдосконалена методика досягає постійних взаємозв'язків, поєднуючи діелектричні матеріали (як SIO2) з вбудованими металами (Cu). Гібридне з'єднання Cu-Cu може досягти відстані нижче 10 мкм, як правило, в одноцифровому діапазоні мікрона, що представляє значне вдосконалення в порівнянні з традиційною технологією мікро-пустенів, яка має відстані близько 40-50 мкм. Переваги гібридного зв’язку включають збільшення вводу/виводу, підвищену пропускну здатність, поліпшення 3D -вертикального укладання, кращу ефективність потужності та зниження паразитарних ефектів та термічна стійкість через відсутність наповнення дна. Однак ця технологія є складною для виготовлення та має більш високі витрати.
2,5D та 3D -технології упаковки охоплюють різні методи упаковки. У упаковці 2.5D, залежно від вибору матеріалів посередницького шару, вона може бути класифікована на посередницькі шари на основі кремнію, на основі та скляну основу, як показано на малюнку вище. У 3D-упаковці розробка мікропудинг-вогня має на меті зменшити розміри відстані, але сьогодні, застосовуючи технологію гібридного зв’язку (метод прямого з'єднання Cu-Cu), можна досягти одноцифрових розмірів відстані, що позначає значний прогрес у цій галузі .
** Ключові технологічні тенденції для перегляду: **
1. ** Більші області посередницького шару: ** IDTechex раніше передбачив, що через складність посередницьких шарів кремнію, що перевищує 3 -кратну межу розміру сітки, 2,5D розчинів кремнієвого мосту незабаром замінить кремнієві посередницькі шари як основний вибір для упаковки мікросхем HPC. TSMC є головним постачальником 2,5D кремнієвих посередницьких шарів для NVIDIA та інших провідних розробників HPC, таких як Google та Amazon, і компанія нещодавно оголосила про масове виробництво свого першого покоління COWOS_L з 3,5-кратним розміром сітківки. Idtechex очікує, що ця тенденція продовжиться, і подальші просування обговорюються у своєму звіті, що охоплює основних гравців.
2. ** Упаковка на рівні панелі: ** Упаковка на рівні панелі стала значною увагою, як це було виділено на Міжнародній напівпровідниковій виставці Тайвань. Цей метод упаковки дозволяє використовувати більші посередницькі шари та допомагає зменшити витрати, виробляючи більше пакетів одночасно. Незважаючи на свій потенціал, такі проблеми, як управління Warpage, все ще потрібно вирішити. Його зростаюча популярність відображає зростаючий попит на більші, економічно вигідніші посередницькі шари.
3. ** Скляні посередницькі шари: ** Скло виникає як сильний кандидатний матеріал для досягнення тонкої проводки, порівняно з кремнію, з додатковими перевагами, такими як регульована CTE та більша надійність. Склові посередницькі шари також сумісні з упаковкою на рівні панелі, пропонуючи потенціал для проводки високої щільності за більш керованими витратами, що робить його перспективним рішенням для майбутніх технологій упаковки.
4. ** Гібридне з'єднання HBM: ** 3D мідний мідний (Cu-Cu) Гібридне з'єднання є ключовою технологією для досягнення вертикальних взаємозв'язків ультратонкого кроку між мікросхемами. Ця технологія використовувалася в різних продуктах високого класу, включаючи AMD EPYC для складених SRAM та процесорів, а також серії MI300 для укладання блоків процесора/GPU на штампах вводу/виводу. Очікується, що гібридні зв’язки відіграватимуть вирішальну роль у майбутніх прогресах HBM, особливо для стеків DRAM, що перевищують 16-HI або 20-HI шарів.
5. ** Співплачені оптичні пристрої (CPO): ** З зростаючим попитом на більш високу пропускну здатність даних та ефективність енергії, оптична технологія взаємозв'язку привернула значну увагу. Спільно упаковані оптичні пристрої (CPO) стають ключовим рішенням для підвищення пропускної здатності вводу/виводу та зменшення споживання енергії. Порівняно з традиційною електричною передачею, оптична комунікація пропонує декілька переваг, включаючи зниження ослаблення сигналу на великі відстані, знижену чутливість до перехрестя та значно збільшена пропускна здатність. Ці переваги роблять CPO ідеальним вибором для інтенсивних, енергоефективних систем HPC.
** Ключові ринки для перегляду: **
Основним ринком, що сприяє розвитку технологій 2,5D та 3D упаковки, безсумнівно, є високоефективний обчислювальний (HPC) сектор. Ці вдосконалені методи упаковки мають вирішальне значення для подолання обмежень закону Мура, що дозволяє більше транзисторів, пам'яті та взаємозв'язку в одному пакеті. Розкладання мікросхем також дозволяє оптимальне використання вузлів процесів між різними функціональними блоками, такими як відокремлення блоків вводу/виводу від блоків обробки, ще більше підвищення ефективності.
Окрім високоефективних обчислень (HPC), очікується, що інші ринки також досягнуть зростання завдяки прийняттю передових технологій упаковки. У секторах 5G та 6G інновації, такі як антени упаковки та передові рішення для чіпів, формуватимуть майбутнє архітектури мережі бездротового доступу (RAN). Автономні транспортні засоби також отримають користь, оскільки ці технології підтримують інтеграцію сенсорних наборів та обчислювальних одиниць для обробки великої кількості даних, забезпечуючи при цьому безпеку, надійність, компактність, потужність та термічне управління та економічну ефективність.
Споживча електроніка (включаючи смартфони, смарт -годинники, пристрої AR/VR, ПК та робочі станції) все більше зосереджені на обробці більшої кількості даних у менших просторах, незважаючи на більший акцент на витратах. Розширена напівпровідникова упаковка відіграватиме ключову роль у цій тенденції, хоча методи упаковки можуть відрізнятися від тих, що використовуються в HPC.
Час посади: жовтень-07-2024