اخبار صنعت: روندهای پیشرفته فناوری بسته بندی

بسته بندی نیمه هادی از طرح های سنتی 1D PCB به پیوند هیبریدی سه بعدی برش در سطح ویفر تبدیل شده است. این پیشرفت اجازه می دهد تا فاصله اتصال در محدوده میکرون تک رقمی ، با پهنای باند حداکثر 1000 گیگابایت در ثانیه ، ضمن حفظ راندمان انرژی بالا. در هسته اصلی بسته بندی های نیمه هادی پیشرفته ، بسته بندی 2.5D (جایی که اجزای کنار هم در یک لایه واسطه قرار می گیرند) و بسته بندی سه بعدی (که شامل تراشه های فعال عمودی است) قرار دارند. این فناوری ها برای آینده سیستم های HPC بسیار مهم هستند.

فناوری بسته بندی 2.5D شامل مواد مختلف لایه واسطه ای است که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. لایه های واسطه ای سیلیکون (SI) ، از جمله ویفرهای سیلیکون کاملاً منفعل و پل های سیلیکونی موضعی ، به دلیل ارائه بهترین قابلیت های سیم کشی شناخته شده اند و آنها را برای محاسبات با کارایی بالا ایده آل می کنند. با این حال ، آنها از نظر مواد و تولید و محدودیت های چهره در منطقه بسته بندی پرهزینه هستند. برای کاهش این مسائل ، استفاده از پل های سیلیکون موضعی در حال افزایش است ، از لحاظ استراتژیک از سیلیکون استفاده می کند که در حالی که در هنگام پرداختن به محدودیت های منطقه ، عملکرد ریز بسیار مهم است.

لایه های واسطه ارگانیک ، با استفاده از پلاستیک های قالب دار فن ، یک جایگزین مقرون به صرفه تر برای سیلیکون است. آنها دارای ثابت دی الکتریک پایین تر هستند که باعث کاهش تأخیر RC در بسته می شود. با وجود این مزایا ، لایه های واسطه ای آلی برای دستیابی به همان سطح از ویژگی های اتصال به هم پیوسته به عنوان بسته بندی مبتنی بر سیلیکون تلاش می کنند و پذیرش آنها را در برنامه های محاسباتی با کارایی بالا محدود می کنند.

لایه های واسطه شیشه ای مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته است ، به خصوص پس از راه اندازی اخیر بسته بندی وسایل نقلیه تست شیشه ای اینتل. شیشه مزایای مختلفی از جمله ضریب قابل تنظیم انبساط حرارتی (CTE) ، پایداری ابعاد بالا ، سطوح صاف و مسطح و امکان پشتیبانی از تولید پانل را ارائه می دهد و آن را به عنوان کاندیدای امیدوارکننده برای لایه های واسطه با قابلیت سیم کشی قابل مقایسه با سیلیکون تبدیل می کند. با این حال ، گذشته از چالش های فنی ، اشکال اصلی لایه های واسطه شیشه ای ، اکوسیستم نابالغ و کمبود فعلی ظرفیت تولید در مقیاس بزرگ است. با پیشرفت اکوسیستم و قابلیت های تولید ، فن آوری های مبتنی بر شیشه در بسته بندی نیمه هادی ممکن است شاهد رشد و پذیرش بیشتر باشد.

از نظر فناوری بسته بندی سه بعدی ، پیوند هیبریدی با کمترین دست و پا ، مس در حال تبدیل شدن به یک فناوری پیشرو نوآورانه است. این تکنیک پیشرفته با ترکیب مواد دی الکتریک (مانند SIO2) با فلزات تعبیه شده (CU) به هم پیوستهای دائمی دست می یابد. پیوند هیبریدی مس CU می تواند به فاصله زیر 10 میکرون برسد ، به طور معمول در محدوده میکرون تک رقمی ، نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به فناوری میکرو فشار خون سنتی است که دارای فاصله های برآمدگی در حدود 40-50 میکرون است. مزایای پیوند هیبریدی شامل افزایش I/O ، پهنای باند پیشرفته ، بهبود انباشت عمودی سه بعدی ، راندمان قدرت بهتر و کاهش اثرات انگلی و مقاومت حرارتی به دلیل عدم وجود پر شدن پایین است. با این حال ، این فناوری برای تولید پیچیده است و هزینه های بالاتری دارد.

فن آوری های بسته بندی 2.5D و 3D شامل تکنیک های مختلف بسته بندی است. در بسته بندی 2.5D ، بسته به انتخاب مواد لایه واسطه ، می توان آن را به لایه های واسطه ای مبتنی بر سیلیکون ، مبتنی بر ارگانیک و شیشه ای طبقه بندی کرد ، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است. در بسته بندی سه بعدی ، توسعه فن آوری میکرو برداشت با هدف کاهش ابعاد فاصله است ، اما امروزه با اتخاذ فناوری پیوند ترکیبی (یک روش اتصال مستقیم مس CU) ، می توان ابعاد فاصله تک رقمی را بدست آورد و نشان می دهد پیشرفت چشمگیری در این زمینه است.

** روندهای کلیدی فن آوری برای تماشای: **

1. ** مناطق لایه واسطه بزرگتر: ** Idtechex پیش از این پیش بینی کرده بود که به دلیل دشواری لایه های واسطه ای سیلیکون که بیش از حد اندازه 3 برابر است ، راه حل های پل سیلیکون 2.5D به زودی لایه های واسطه سیلیکون را به عنوان گزینه اصلی بسته بندی تراشه های HPC جایگزین می کنند. TSMC تأمین کننده اصلی لایه های واسطه سیلیکون 2.5D برای NVIDIA و سایر توسعه دهندگان پیشرو HPC مانند Google و Amazon است و این شرکت اخیراً از تولید انبوه نسل اول COWOS_L خود با اندازه شبکیه 3.5x خبر داد. IDTechex انتظار دارد که این روند ادامه یابد ، با پیشرفت های بیشتر در گزارش خود که شامل بازیکنان اصلی است.

2. ** بسته بندی سطح پنل: ** بسته بندی سطح پنل به یک تمرکز مهم تبدیل شده است ، همانطور که در نمایشگاه بین المللی نیمه هادی 2024 تایوان برجسته شده است. این روش بسته بندی امکان استفاده از لایه های واسطه بزرگتر را فراهم می کند و با تولید بسته های بیشتر به طور همزمان به کاهش هزینه ها کمک می کند. علیرغم پتانسیل های آن ، هنوز هم باید به چالش هایی مانند مدیریت Warpage بپردازید. برجستگی روزافزون آن نشان دهنده افزایش تقاضا برای لایه های واسطه بزرگتر و مقرون به صرفه تر است.

3 ** لایه های واسطه شیشه ای: ** شیشه به عنوان یک ماده کاندیدای قوی برای دستیابی به سیم کشی ریز ، قابل مقایسه با سیلیکون ، با مزایای اضافی مانند CTE قابل تنظیم و قابلیت اطمینان بالاتر در حال ظهور است. لایه های واسطه شیشه ای نیز با بسته بندی های سطح پنل سازگار هستند و پتانسیل سیم کشی با چگالی بالا را با هزینه های قابل کنترل تر ارائه می دهند و آن را به یک راه حل امیدوارکننده برای فن آوری های بسته بندی آینده تبدیل می کنند.

4. ** پیوند هیبریدی HBM: ** پیوند هیبریدی مس 3D مس (مس CU) یک فناوری کلیدی برای دستیابی به ارتباطات عمودی زمین فوق العاده خوب بین تراشه ها است. این فناوری در محصولات مختلف سرور بالا ، از جمله AMD EPYC برای SRAM و CPU های انباشته شده و همچنین سری MI300 برای انباشت بلوک های CPU/GPU در I/O Dies استفاده شده است. انتظار می رود پیوند هیبریدی نقش مهمی در پیشرفت های آینده HBM ، به ویژه برای پشته های درام بیش از لایه های 16-HI یا 20-HI داشته باشد.

5. ** دستگاه های نوری بسته بندی شده (CPO): ** با افزایش تقاضا برای توان داده های بالاتر و راندمان انرژی ، فناوری اتصال نوری مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته است. دستگاه های نوری بسته بندی شده (CPO) در حال تبدیل شدن به یک راه حل اصلی برای افزایش پهنای باند I/O و کاهش مصرف انرژی هستند. در مقایسه با انتقال الکتریکی سنتی ، ارتباطات نوری مزایای مختلفی را ارائه می دهد ، از جمله میرایی سیگنال پایین تر در مسافت های طولانی ، کاهش حساسیت به متقاطع و افزایش پهنای باند. این مزایا ، CPO را به یک انتخاب ایده آل برای سیستم های HPC با انرژی و کارآمد تبدیل می کند.

** بازارهای کلیدی برای تماشای: **

بازار اصلی که توسعه فن آوری های بسته بندی 2.5D و 3D را هدایت می کند ، بدون شک بخش محاسبات با کارایی بالا (HPC) است. این روشهای بسته بندی پیشرفته برای غلبه بر محدودیت های قانون مور بسیار مهم است و امکان ترانزیستورها ، حافظه و اتصال بیشتر در یک بسته واحد را فراهم می کند. تجزیه تراشه ها همچنین امکان استفاده بهینه از گره های فرآیند بین بلوک های عملکردی مختلف ، مانند جدا کردن بلوک های I/O از بلوک های پردازش ، افزایش بیشتر کارایی را فراهم می آورد.

علاوه بر محاسبات با کارایی بالا (HPC) ، سایر بازارها نیز انتظار می رود که از طریق اتخاذ فن آوری های پیشرفته بسته بندی ، به رشد دست یابند. در بخش های 5G و 6G ، نوآوری هایی مانند بسته بندی آنتن ها و راه حل های تراشه برش ، آینده معماری شبکه دسترسی بی سیم (RAN) را شکل می دهد. وسایل نقلیه خودمختار نیز سود خواهند برد ، زیرا این فناوری ها از ادغام سوئیت های سنسور و واحدهای محاسباتی برای پردازش مقادیر زیادی از داده ها ضمن اطمینان از ایمنی ، قابلیت اطمینان ، فشردگی ، قدرت و مدیریت حرارتی و مقرون به صرفه بودن پشتیبانی می کنند.

لوازم الکترونیکی مصرفی (از جمله تلفن های هوشمند ، ساعت هوشمند ، دستگاه های AR/VR ، رایانه های شخصی و ایستگاه های کاری) با وجود تأکید بیشتر بر هزینه ، به طور فزاینده ای روی پردازش داده های بیشتر در فضاهای کوچکتر متمرکز می شوند. بسته بندی نیمه هادی پیشرفته نقش مهمی در این روند خواهد داشت ، اگرچه روش های بسته بندی ممکن است با روش های مورد استفاده در HPC متفاوت باشد.