اخبار صنعت: روندهای پیشرفته فناوری بسته بندی

بسته بندی نیمه هادی از طرح های PCB 1 بعدی سنتی به پیوند هیبریدی سه بعدی پیشرفته در سطح ویفر تکامل یافته است. این پیشرفت باعث می شود فاصله اتصالات در محدوده میکرون تک رقمی، با پهنای باند تا 1000 گیگابایت بر ثانیه، در حالی که بازده انرژی بالا را حفظ می کند. هسته اصلی فناوری های بسته بندی نیمه هادی پیشرفته، بسته بندی 2.5 بعدی (که در آن اجزا در کنار هم روی یک لایه میانی قرار می گیرند) و بسته بندی سه بعدی (که شامل انباشتن تراشه های فعال به صورت عمودی است). این فناوری ها برای آینده سیستم های HPC حیاتی هستند.

فناوری بسته بندی 2.5 بعدی شامل مواد لایه واسطه مختلفی است که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. لایه‌های واسطه سیلیکون (Si)، از جمله ویفرهای سیلیکونی کاملاً غیرفعال و پل‌های سیلیکونی موضعی، به دلیل ارائه بهترین قابلیت‌های سیم‌کشی شناخته شده‌اند و آنها را برای محاسبات با کارایی بالا ایده‌آل می‌سازند. با این حال، آنها از نظر مواد و ساخت گران هستند و در زمینه بسته بندی با محدودیت هایی روبرو هستند. برای کاهش این مسائل، استفاده از پل‌های سیلیکونی موضعی در حال افزایش است و به طور استراتژیک از سیلیکون استفاده می‌کند که در آن عملکرد خوب در عین رسیدگی به محدودیت‌های منطقه، حیاتی است.

لایه‌های واسطه‌ای ارگانیک، با استفاده از پلاستیک‌های قالب‌گیری شده با فن، جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌تری برای سیلیکون هستند. آنها ثابت دی الکتریک پایین تری دارند که تاخیر RC در بسته را کاهش می دهد. علی‌رغم این مزایا، لایه‌های واسطه ارگانیک برای دستیابی به همان سطح کاهش ویژگی‌های اتصال مانند بسته‌بندی مبتنی بر سیلیکون تلاش می‌کنند و پذیرش آنها را در برنامه‌های محاسباتی با کارایی بالا محدود می‌کند.

لایه‌های واسطه‌ای شیشه‌ای، به ویژه پس از راه‌اندازی اخیر بسته‌بندی خودروهای آزمایشی مبتنی بر شیشه توسط اینتل، توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده‌اند. شیشه چندین مزیت از جمله ضریب قابل تنظیم انبساط حرارتی (CTE)، پایداری ابعادی بالا، سطوح صاف و مسطح، و توانایی پشتیبانی از ساخت پانل را ارائه می‌کند که آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای لایه‌های میانی با قابلیت سیم‌کشی قابل مقایسه با سیلیکون تبدیل می‌کند. با این حال، جدای از چالش های فنی، اشکال اصلی لایه های واسطه شیشه، اکوسیستم نابالغ و کمبود فعلی ظرفیت تولید در مقیاس بزرگ است. همانطور که اکوسیستم بالغ می شود و قابلیت های تولید بهبود می یابد، فناوری های مبتنی بر شیشه در بسته بندی های نیمه هادی ممکن است شاهد رشد و پذیرش بیشتری باشند.

از نظر فناوری بسته‌بندی سه بعدی، پیوند هیبریدی بدون ضربه Cu-Cu در حال تبدیل شدن به یک فناوری نوآورانه پیشرو است. این تکنیک پیشرفته با ترکیب مواد دی الکتریک (مانند SiO2) با فلزات جاسازی شده (مس) به اتصالات دائمی به یکدیگر دست می یابد. پیوند هیبریدی Cu-Cu می تواند به فواصل کمتر از 10 میکرون دست یابد، معمولاً در محدوده میکرون تک رقمی، که نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی نسبت به فناوری سنتی micro-bump است که دارای فواصل برآمدگی در حدود 40-50 میکرون است. از مزایای پیوند هیبریدی می توان به افزایش I/O، افزایش پهنای باند، بهبود انباشته شدن عمودی سه بعدی، راندمان توان بهتر و کاهش اثرات انگلی و مقاومت حرارتی به دلیل عدم پر شدن کف اشاره کرد. با این حال، این فناوری برای ساخت پیچیده است و هزینه های بالاتری دارد.

فن آوری های بسته بندی 2.5 بعدی و سه بعدی شامل تکنیک های مختلف بسته بندی می شود. در بسته بندی 2.5 بعدی، بسته به انتخاب مواد لایه میانی، می توان آن را به لایه های واسطه سیلیکونی، پایه آلی و شیشه ای طبقه بندی کرد که در شکل بالا نشان داده شده است. در بسته بندی سه بعدی، توسعه فناوری میکرو برآمدگی با هدف کاهش ابعاد فاصله گذاری است، اما امروزه با استفاده از فناوری پیوند هیبریدی (روش اتصال مستقیم Cu-Cu)، می توان به ابعاد فاصله تک رقمی دست یافت که پیشرفت قابل توجهی را در این زمینه نشان می دهد. .

**روندهای کلیدی فناوری که باید تماشا کنید:**

1. **مناطق لایه واسطه بزرگتر:** IDTechEx قبلا پیش بینی کرده بود که به دلیل دشواری لایه های واسطه سیلیکونی بیش از حد مجاز اندازه شبکه 3 برابری، راه حل های پل سیلیکونی 2.5 بعدی به زودی جایگزین لایه های واسطه سیلیکونی به عنوان انتخاب اصلی برای بسته بندی تراشه های HPC خواهند شد. TSMC تامین کننده اصلی لایه های واسطه سیلیکون 2.5 بعدی برای NVIDIA و دیگر توسعه دهندگان پیشرو HPC مانند گوگل و آمازون است و این شرکت اخیراً از تولید انبوه نسل اول CoWoS_L خود با اندازه شبکه 3.5 برابری خبر داده است. IDTechEx انتظار دارد که این روند با پیشرفت های بیشتر در گزارش خود که بازیگران اصلی را پوشش می دهد، ادامه یابد.

2. **بسته بندی در سطح پانل:** بسته بندی در سطح پانل به تمرکز قابل توجهی تبدیل شده است، همانطور که در نمایشگاه بین المللی نیمه هادی تایوان 2024 برجسته شد. 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 آن، چالش هایی مانند مدیریت Warpage هنوز باید مورد توجه قرار گیرد. برجستگی روزافزون آن منعکس کننده تقاضای رو به رشد برای لایه های واسطه ای بزرگتر و مقرون به صرفه تر است.

3. **لایه های واسطه شیشه:** شیشه به عنوان یک ماده نامزد قوی برای دستیابی به سیم کشی خوب، قابل مقایسه با سیلیکون، با مزایای اضافی مانند CTE قابل تنظیم و قابلیت اطمینان بالاتر، در حال ظهور است. لایه‌های میانی شیشه‌ای با بسته‌بندی در سطح پانل نیز سازگار هستند و پتانسیل سیم‌کشی با چگالی بالا را با هزینه‌های قابل کنترل‌تر ارائه می‌دهند و آن را به یک راه‌حل امیدوارکننده برای فناوری‌های بسته‌بندی آینده تبدیل می‌کنند.

4. **HBM Hybrid Bonding:** پیوند هیبریدی مس-مس سه بعدی (Cu-Cu) یک فناوری کلیدی برای دستیابی به اتصالات عمودی بسیار ظریف بین تراشه ها است. این فناوری در محصولات مختلف سرور رده بالا، از جمله AMD EPYC برای SRAM و CPUهای پشته‌ای و همچنین سری MI300 برای چیدن بلوک‌های CPU/GPU در قالب‌های I/O استفاده شده است. انتظار می رود پیوند هیبریدی نقش مهمی در پیشرفت های آینده HBM ایفا کند، به ویژه برای پشته های DRAM بیش از لایه های 16-Hi یا 20-Hi.

5. **دستگاه های نوری بسته بندی شده مشترک (CPO):** با تقاضای فزاینده برای توان عملیاتی بالاتر و کارایی انرژی، فناوری اتصال نوری توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است. دستگاه های نوری بسته بندی شده (CPO) به یک راه حل کلیدی برای افزایش پهنای باند ورودی/خروجی و کاهش مصرف انرژی تبدیل شده اند. در مقایسه با انتقال الکتریکی سنتی، ارتباطات نوری چندین مزیت از جمله تضعیف سیگنال کمتر در فواصل طولانی، کاهش حساسیت تداخل و افزایش قابل توجه پهنای باند را ارائه می دهد. این مزایا CPO را به انتخابی ایده‌آل برای سیستم‌های HPC پرمصرف و کم مصرف تبدیل می‌کند.

**بازارهای کلیدی برای تماشا:**

بازار اصلی که توسعه فناوری های بسته بندی 2.5 بعدی و سه بعدی را هدایت می کند، بدون شک بخش محاسبات با عملکرد بالا (HPC) است. این روش‌های بسته‌بندی پیشرفته برای غلبه بر محدودیت‌های قانون مور بسیار مهم هستند و ترانزیستورها، حافظه و اتصالات بیشتری را در یک بسته واحد امکان‌پذیر می‌کنند. تجزیه تراشه‌ها همچنین امکان استفاده بهینه از گره‌های فرآیند را بین بلوک‌های عملکردی مختلف، مانند جدا کردن بلوک‌های ورودی/خروجی از بلوک‌های پردازشی، افزایش بیشتر کارایی فراهم می‌کند.

انتظار می رود علاوه بر محاسبات با کارایی بالا (HPC)، سایر بازارها نیز از طریق پذیرش فناوری های بسته بندی پیشرفته به رشد دست یابند. در بخش‌های 5G و 6G، نوآوری‌هایی مانند آنتن‌های بسته‌بندی و راه‌حل‌های تراشه‌های پیشرفته، آینده معماری‌های شبکه دسترسی بی‌سیم (RAN) را شکل خواهند داد. خودروهای خودران نیز سود خواهند برد، زیرا این فناوری‌ها از ادغام مجموعه‌های حسگر و واحدهای محاسباتی برای پردازش مقادیر زیادی از داده‌ها و در عین حال تضمین ایمنی، قابلیت اطمینان، فشرده‌بودن، مدیریت قدرت و حرارتی و مقرون‌به‌صرفه بودن پشتیبانی می‌کنند.

لوازم الکترونیکی مصرفی (شامل گوشی‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند، دستگاه‌های AR/VR، رایانه‌های شخصی و ایستگاه‌های کاری) علی‌رغم تأکید بیشتر بر هزینه، به طور فزاینده‌ای بر پردازش داده‌های بیشتر در فضاهای کوچک‌تر متمرکز شده‌اند. بسته بندی نیمه هادی پیشرفته نقش کلیدی در این روند ایفا خواهد کرد، اگرچه روش های بسته بندی ممکن است با روش های مورد استفاده در HPC متفاوت باشد.