Umbúðir hálfleiðara hafa þróast frá hefðbundnum einvíddar prentplötum (PCB) yfir í nýjustu þrívíddar blendingstengingu á skífustigi. Þessi framþróun gerir kleift að hafa bil á milli tenginga á eins tölustafs míkronsviðinu, með bandbreidd allt að 1000 GB/s, en viðhalda jafnframt mikilli orkunýtni. Kjarninn í háþróaðri tækni fyrir umbúðir hálfleiðara eru 2,5D umbúðir (þar sem íhlutir eru settir hlið við hlið á millilagi) og þrívíddar umbúðir (sem fela í sér að virkir flögur eru staflaðar lóðrétt). Þessar tækni eru mikilvægar fyrir framtíð háþróaðra tölvustýrðra kerfa.
2,5D pökkunartækni felur í sér ýmis millilagsefni, hvert með sína kosti og galla. Millilög kísils (Si), þar á meðal fullkomlega óvirkar kísillskífur og staðbundnar kísillbrýr, eru þekkt fyrir að bjóða upp á bestu raflagnamöguleikana, sem gerir þau tilvalin fyrir afkastamikla tölvuvinnslu. Hins vegar eru þau dýr hvað varðar efni og framleiðslu og standa frammi fyrir takmörkunum á pökkunarsvæði. Til að draga úr þessum vandamálum er notkun staðbundinna kísillbrýr að aukast, þar sem kísill er notað stefnumiðað þar sem fín virkni er mikilvæg en jafnframt tekið á plássþörfum.
Lífræn millilög, sem nota útbreidda plastmótun, eru hagkvæmari valkostur við sílikon. Þau hafa lægri rafsvörunarstuðul, sem dregur úr RC-seinkun í pakkanum. Þrátt fyrir þessa kosti eiga lífræn millilög erfitt með að ná sama stigi minnkunar á tengieiginleikum og sílikon-byggðar umbúðir, sem takmarkar notkun þeirra í afkastamiklum tölvuforritum.
Millilög úr gleri hafa vakið mikinn áhuga, sérstaklega eftir að Intel kynnti nýlega umbúðir fyrir prófunarökutæki úr gleri. Gler býður upp á ýmsa kosti, svo sem stillanlegan varmaþenslustuðul (CTE), mikla víddarstöðugleika, slétt og flatt yfirborð og getu til að styðja við framleiðslu á spjöldum, sem gerir það að efnilegum frambjóðanda fyrir millilög með raflögnunargetu sem er sambærileg við sílikon. Hins vegar, fyrir utan tæknilegar áskoranir, er helsti gallinn við millilög úr gleri óþroskað vistkerfi og núverandi skortur á framleiðslugetu í stórum stíl. Þegar vistkerfið þroskast og framleiðslugetan batnar, gætu glertengdar tækni í hálfleiðaraumbúðum notið frekari vaxtar og notkunar.
Hvað varðar þrívíddarpökkunartækni er Cu-Cu högglaus blendingatenging að verða leiðandi nýsköpunartækni. Þessi háþróaða tækni nær fram varanlegum tengingum með því að sameina rafeindaefni (eins og SiO2) við innbyggð málma (Cu). Cu-Cu blendingatenging getur náð bilum undir 10 míkron, venjulega á eins tölustafs míkronbilinu, sem er veruleg framför miðað við hefðbundna ör-höggunartækni, sem hefur bil á bilinu um 40-50 míkron. Kostir blendingatenginga eru meðal annars aukin inntak/úttak, aukin bandvídd, bætt þrívíddar lóðrétt stöflun, betri orkunýtni og minni sníkjudýraáhrif og hitaþol vegna skorts á botni. Hins vegar er þessi tækni flókin í framleiðslu og kostar meira.
2,5D og 3D umbúðatækni nær yfir ýmsar umbúðaaðferðir. Í 2,5D umbúðum, allt eftir því hvaða efni millilags er valið, er hægt að flokka þær í kísil-, lífræn og gler-millilög, eins og sést á myndinni hér að ofan. Í 3D umbúðum miðar þróun ör-höggunartækni að því að minnka bil á millilögunum, en í dag, með því að nota blönduð límingatækni (beina Cu-Cu tengingaraðferð), er hægt að ná eins tölustafa bili á millilögunum, sem markar verulegar framfarir á þessu sviði.
**Helstu tækniþróun sem vert er að fylgjast með:**
1. **Stærri millilagssvæði:** IDTechEx spáði áður að vegna erfiðleika við að millilag kísils fari yfir 3x stærðarmörk kísilþráða, myndu 2,5D kísillbrúarlausnir brátt koma í stað millilags kísils sem aðalvalkostur fyrir umbúðir HPC-flísa. TSMC er stór birgir 2,5D kísill millilags fyrir NVIDIA og aðra leiðandi HPC-forritara eins og Google og Amazon, og fyrirtækið tilkynnti nýlega fjöldaframleiðslu á fyrstu kynslóð CoWoS_L með 3,5x stærð kísilþráða. IDTechEx býst við að þessi þróun haldi áfram, og frekari framfarir verða ræddar í skýrslu sinni sem fjallar um helstu aðila.
2. **Pökkun á spjaldastigi:** Pökkun á spjaldastigi hefur orðið mikilvæg áhersla, eins og kom fram á Taívan-alþjóðlegu hálfleiðarasýningunni 2024. Þessi pökkunaraðferð gerir kleift að nota stærri millilög og hjálpar til við að draga úr kostnaði með því að framleiða fleiri pakka samtímis. Þrátt fyrir möguleika sína þarf enn að takast á við áskoranir eins og aflögunarstjórnun. Aukin áhersla hennar endurspeglar vaxandi eftirspurn eftir stærri og hagkvæmari millilögum.
3. **Millilag úr gleri:** Gler er að koma fram sem sterkt efni til að ná fram fínni raflögn, sambærilegri við sílikon, með viðbótarkostum eins og stillanlegri CTE og meiri áreiðanleika. Millilag úr gleri eru einnig samhæfð við umbúðir á spjaldastigi, sem býður upp á möguleika á þéttri raflögn á viðráðanlegri kostnaði, sem gerir það að efnilegri lausn fyrir framtíðar umbúðatækni.
4. **HBM blendingatenging:** Þrívíddar kopar-kopar (Cu-Cu) blendingatenging er lykiltækni til að ná fram mjög fíngerðum lóðréttum tengingum milli örgjörva. Þessi tækni hefur verið notuð í ýmsum háþróuðum netþjónavörum, þar á meðal AMD EPYC fyrir staflaðar SRAM og örgjörva, sem og MI300 seríuna fyrir stafla örgjörva/grafíkblokka á I/O diska. Búist er við að blendingatenging muni gegna lykilhlutverki í framtíðarframþróun HBM, sérstaklega fyrir DRAM stafla sem fara yfir 16-Hi eða 20-Hi lög.
5. **Sampakkað ljósleiðaratæki (CPO):** Með vaxandi eftirspurn eftir meiri gagnaflutningsgetu og orkunýtni hefur ljósleiðaratengingartækni vakið mikla athygli. Sampakkað ljósleiðaratæki (CPO) eru að verða lykillausn til að auka bandvídd inntaks/úttaks og draga úr orkunotkun. Í samanburði við hefðbundna rafflutninga býður ljósleiðarasamskipti upp á nokkra kosti, þar á meðal minni merkjadeyfingu yfir langar vegalengdir, minni næmi fyrir milliheyrslu og verulega aukna bandvídd. Þessir kostir gera CPO að kjörnum valkosti fyrir gagnafrek og orkusparandi HPC kerfi.
**Helstu markaðir til að fylgjast með:**
Helsti markaðurinn sem knýr þróun 2,5D og 3D pökkunartækni áfram er án efa háafkastamikill tölvubúnaður (HPC). Þessar háþróuðu pökkunaraðferðir eru mikilvægar til að sigrast á takmörkunum lögmáls Moore, sem gerir kleift að nota fleiri smára, minni og tengingar innan eins pakka. Niðurbrot örgjörva gerir einnig kleift að nýta ferlahnúta á milli mismunandi virkniblokka sem best, svo sem að aðskilja I/O blokkir frá vinnslublokkum, sem eykur enn frekar skilvirkni.
Auk háafkastatölvunarfræði (HPC) er einnig búist við að aðrir markaðir muni ná vexti með því að innleiða háþróaða pökkunartækni. Í 5G og 6G geirunum munu nýjungar eins og pökkunarloftnet og háþróaðar örgjörvalausnir móta framtíð þráðlausra aðgangsneta (RAN). Sjálfkeyrandi ökutæki munu einnig njóta góðs af þessu, þar sem þessi tækni styður við samþættingu skynjarasvíta og tölvueininga til að vinna úr miklu magni gagna og tryggir jafnframt öryggi, áreiðanleika, þéttleika, orku- og hitastjórnun og hagkvæmni.
Neytendatækni (þar á meðal snjallsímar, snjallúr, AR/VR tæki, tölvur og vinnustöðvar) einblínir sífellt meira á að vinna úr meiri gögnum í minni rýmum, þrátt fyrir meiri áherslu á kostnað. Háþróuð hálfleiðaraumbúðir munu gegna lykilhlutverki í þessari þróun, þó að umbúðaaðferðirnar geti verið frábrugðnar þeim sem notaðar eru í háþróaðri tölvuvinnslu (HPC).
Birtingartími: 7. október 2024