Hálfleiðaraumbúðir hafa þróast frá hefðbundinni 1D PCB hönnun yfir í háþróaða 3D blendingatengingu á oblátastigi. Þessi framfarir leyfa samtengingarbili á eins tölustafa míkronasviði, með bandbreidd allt að 1000 GB/s, en viðhalda mikilli orkunýtni. Kjarninn í háþróaðri umbúðatækni hálfleiðara eru 2,5D pökkun (þar sem íhlutir eru settir hlið við hlið á millilagi) og 3D pökkun (sem felur í sér lóðrétta stafla virkra flísa). Þessi tækni skiptir sköpum fyrir framtíð HPC kerfa.
2.5D pökkunartækni felur í sér ýmis millilagsefni, hvert með sína kosti og galla. Kísil (Si) millilag, þar á meðal fullkomlega óvirkar kísilskífur og staðbundnar kísilbrýr, eru þekkt fyrir að veita bestu raflögn, sem gerir þau tilvalin fyrir afkastamikil tölvuvinnslu. Hins vegar eru þeir dýrir hvað varðar efni og framleiðslu og standa frammi fyrir takmörkunum á pökkunarsvæðinu. Til að draga úr þessum vandamálum er notkun staðbundinna kísilbrúa að aukast, þar sem kísil er beitt á hernaðarlegan hátt þar sem fín virkni er mikilvæg á meðan tekist er á við svæðistakmarkanir.
Lífræn millilög, með útblástursmótuðu plasti, eru hagkvæmari valkostur við sílikon. Þeir hafa lægri rafstuðul, sem dregur úr RC seinkun í pakkanum. Þrátt fyrir þessa kosti eiga lífræn millilög í erfiðleikum með að ná sama stigi samtengingareiginleika minnkunar og kísil-undirstaða umbúðir, sem takmarka notkun þeirra í afkastamiklum tölvuforritum.
Glermillilög hafa vakið verulegan áhuga, sérstaklega í kjölfar nýlegrar kynningar á Intel á glerpökkun um prófunarbíla. Gler býður upp á nokkra kosti, svo sem stillanlegan varmaþenslustuðul (CTE), hár víddarstöðugleiki, slétt og flatt yfirborð og getu til að styðja við spjaldframleiðslu, sem gerir það að efnilegum frambjóðanda fyrir millilag með raflögn sem er sambærileg við sílikon. Hins vegar, fyrir utan tæknilegar áskoranir, er helsti gallinn við millilag úr gleri óþroskað vistkerfi og núverandi skortur á stórfelldri framleiðslugetu. Eftir því sem vistkerfið þroskast og framleiðslugeta batnar, gæti glerbyggð tækni í hálfleiðaraumbúðum séð frekari vöxt og upptöku.
Hvað varðar þrívíddarpökkunartækni er Cu-Cu hnökralaus blendingur að verða leiðandi nýstárleg tækni. Þessi háþróaða tækni nær fram varanlegum samtengingum með því að sameina rafræn efni (eins og SiO2) með innbyggðum málmum (Cu). Cu-Cu blendingur getur náð bili undir 10 míkron, venjulega á eins tölustafa míkron bilinu, sem táknar verulega framfarir á hefðbundinni ör-högg tækni, sem hefur högg bil á bilinu 40-50 míkron. Kostir blendingstengingar eru meðal annars aukin I/O, aukin bandbreidd, bætt 3D lóðrétt stöflun, betri orkunýtni og minni áhrif sníkjudýra og hitauppstreymi vegna þess að botnfylling er ekki til staðar. Hins vegar er þessi tækni flókin í framleiðslu og hefur meiri kostnað í för með sér.
2.5D og 3D pökkunartækni nær yfir ýmsar pökkunartækni. Í 2.5D umbúðum, eftir vali á millilagsefnum, er hægt að flokka það í sílikon byggt, lífrænt byggt og gler byggt millilag, eins og sýnt er á myndinni hér að ofan. Í þrívíddarumbúðum miðar þróun örhöggtækninnar að því að draga úr bilvíddum, en í dag, með því að taka upp blendingstengingartækni (bein Cu-Cu tengiaðferð), er hægt að ná eins tölustafa bilstærð, sem markar verulegar framfarir á þessu sviði .
**Helstu tækniþróun til að horfa á:**
1. **Stærri millilagssvæði:** IDTechEx spáði áður því að vegna erfiðleika þess að kísilmillilög fari yfir 3x þráðarstærðarmörk, myndu 2,5D kísilbrúarlausnir brátt koma í stað kísilmillilags sem aðalvalkosturinn til að pakka HPC flögum. TSMC er stór birgir 2.5D sílikon milliliðalaga fyrir NVIDIA og aðra leiðandi HPC þróunaraðila eins og Google og Amazon, og fyrirtækið tilkynnti nýlega fjöldaframleiðslu á fyrstu kynslóð sinni CoWoS_L með 3,5x reticle stærð. IDTechEx býst við að þessi þróun haldi áfram, með frekari framförum sem fjallað er um í skýrslu sinni sem nær til helstu leikmanna.
2. **Pökkun á pallborði:** Pökkun á pallborði hefur orðið mikil áhersla, eins og fram kom á alþjóðlegu hálfleiðarasýningunni í Taiwan 2024. Þessi pökkunaraðferð gerir kleift að nota stærri millilag og hjálpar til við að draga úr kostnaði með því að framleiða fleiri pakka samtímis. Þrátt fyrir möguleika þess þarf enn að takast á við áskoranir eins og stríðsstjórnun. Aukið áberandi þess endurspeglar vaxandi eftirspurn eftir stærri, hagkvæmari milliliðalögum.
3. **Gler millistig:** Gler er að koma fram sem sterkt efni til að ná fínum raflögnum, sambærilegt við sílikon, með viðbótarkostum eins og stillanlegum CTE og meiri áreiðanleika. Glermillilög eru einnig samhæf við umbúðir á spjaldistigi, sem bjóða upp á möguleika á háþéttni raflögn á viðráðanlegri kostnaði, sem gerir það að vænlegri lausn fyrir framtíðarpökkunartækni.
4. **HBM Hybrid Bonding:** 3D kopar-kopar (Cu-Cu) blendingur er lykiltækni til að ná fram lóðréttum lóðréttum samtengingum milli flísa með ofurfínum tónhæð. Þessi tækni hefur verið notuð í ýmsum hágæða miðlaravörum, þar á meðal AMD EPYC fyrir staflað SRAM og örgjörva, sem og MI300 röðina til að stafla CPU/GPU kubbum á I/O deyja. Búist er við að blendingur muni gegna mikilvægu hlutverki í framtíðarframförum HBM, sérstaklega fyrir DRAM stafla sem fara yfir 16-Hi eða 20-Hi lög.
5. **Co-Packed Optical Devices (CPO):** Með vaxandi eftirspurn eftir meiri gagnaflutningi og orkunýtni hefur sjónsamtengingartækni vakið töluverða athygli. Sampakkað ljóstæki (CPO) eru að verða lykillausn til að auka I/O bandbreidd og draga úr orkunotkun. Í samanburði við hefðbundna rafsendingu bjóða sjónsamskipti nokkra kosti, þar á meðal minni merkjadeyfingu yfir langar vegalengdir, minnkað næmni fyrir yfirtölu og verulega aukin bandbreidd. Þessir kostir gera CPO að kjörnum vali fyrir gagnafrekt, orkusparandi HPC kerfi.
**Lykilmarkaðir til að horfa á:**
Aðalmarkaðurinn sem knýr þróun 2.5D og 3D pökkunartækni er án efa hágæða tölvugeirinn (HPC). Þessar háþróuðu pökkunaraðferðir eru mikilvægar til að sigrast á takmörkunum lögmáls Moore, sem gerir fleiri smára, minni og samtengingar kleift innan eins pakka. Niðurbrot flísa gerir einnig kleift að nýta vinnsluhnúta á milli mismunandi virkra blokka, eins og að aðskilja I/O blokkir frá vinnslublokkum, sem eykur skilvirkni enn frekar.
Til viðbótar við afkastamikil tölvumál (HPC) er gert ráð fyrir að aðrir markaðir nái vexti með því að taka upp háþróaða umbúðatækni. Í 5G og 6G geiranum munu nýjungar eins og pökkunarloftnet og háþróaða flíslausnir móta framtíð þráðlausra aðgangsneta (RAN) arkitektúra. Sjálfstæð farartæki munu einnig njóta góðs af því, þar sem þessi tækni styður samþættingu skynjarasvíta og tölvueininga til að vinna úr miklu magni af gögnum á sama tíma og það tryggir öryggi, áreiðanleika, þéttleika, afl- og hitastjórnun og hagkvæmni.
Rafeindatækni (þar á meðal snjallsímar, snjallúr, AR/VR tæki, tölvur og vinnustöðvar) einbeita sér í auknum mæli að því að vinna meiri gögn í smærri rýmum, þrátt fyrir meiri áherslu á kostnað. Háþróaðar hálfleiðaraumbúðir munu gegna lykilhlutverki í þessari þróun, þó að pökkunaraðferðirnar geti verið frábrugðnar þeim sem notaðar eru í HPC.
Birtingartími: 25. október 2024