Halfgeleierverpakking het ontwikkel van tradisionele 1D PCB-ontwerpe tot baanbrekende 3D-hibriede binding op wafervlak. Hierdie vooruitgang maak interkonneksiespasiëring in die enkelsyfer-mikronreeks moontlik, met bandwydtes van tot 1000 GB/s, terwyl hoë energie-doeltreffendheid gehandhaaf word. Die kern van gevorderde halfgeleierverpakkingstegnologieë is 2.5D-verpakking (waar komponente langs mekaar op 'n tussenlaag geplaas word) en 3D-verpakking (wat die vertikale stapeling van aktiewe skyfies behels). Hierdie tegnologieë is van kritieke belang vir die toekoms van HPC-stelsels.
2.5D-verpakkingstegnologie behels verskeie tussenlaagmateriale, elk met sy eie voor- en nadele. Silikon (Si) tussenlae, insluitend volledig passiewe silikonwafers en gelokaliseerde silikonbrûe, is bekend daarvoor dat hulle die beste bedradingsvermoëns bied, wat hulle ideaal maak vir hoëprestasie-rekenaars. Hulle is egter duur in terme van materiale en vervaardiging en het beperkings in verpakkingsarea. Om hierdie probleme te versag, neem die gebruik van gelokaliseerde silikonbrûe toe, met strategiese gebruik van silikon waar fyn funksionaliteit krities is terwyl areabeperkings aangespreek word.
Organiese tussenlae, wat van waaiervormige plastiek gebruik maak, is 'n meer koste-effektiewe alternatief vir silikon. Hulle het 'n laer diëlektriese konstante, wat RC-vertraging in die verpakking verminder. Ten spyte van hierdie voordele, sukkel organiese tussenlae om dieselfde vlak van interkonneksie-funksievermindering as silikon-gebaseerde verpakking te bereik, wat hul aanvaarding in hoëprestasie-rekenaartoepassings beperk.
Glas-tussenlae het aansienlike belangstelling gewek, veral na Intel se onlangse bekendstelling van glasgebaseerde toetsvoertuigverpakking. Glas bied verskeie voordele, soos verstelbare termiese uitsettingskoëffisiënt (CTE), hoë dimensionele stabiliteit, gladde en plat oppervlaktes, en die vermoë om paneelvervaardiging te ondersteun, wat dit 'n belowende kandidaat maak vir tussenlae met bedradingsvermoëns vergelykbaar met silikon. Afgesien van tegniese uitdagings, is die grootste nadeel van glas-tussenlae egter die onvolwasse ekosisteem en die huidige gebrek aan grootskaalse produksiekapasiteit. Namate die ekosisteem volwasse word en produksievermoëns verbeter, kan glasgebaseerde tegnologieë in halfgeleierverpakking verdere groei en aanvaarding sien.
In terme van 3D-verpakkingstegnologie, word Cu-Cu-stamplose hibriede binding 'n toonaangewende innoverende tegnologie. Hierdie gevorderde tegniek bereik permanente interkonneksies deur diëlektriese materiale (soos SiO2) met ingebedde metale (Cu) te kombineer. Cu-Cu-hibriede binding kan spasiëringe onder 10 mikron bereik, tipies in die enkelsyfer-mikronreeks, wat 'n beduidende verbetering verteenwoordig teenoor tradisionele mikro-stamptegnologie, wat stampspasiëringe van ongeveer 40-50 mikron het. Die voordele van hibriede binding sluit in verhoogde I/O, verbeterde bandwydte, verbeterde 3D vertikale stapeling, beter kragdoeltreffendheid, en verminderde parasitiese effekte en termiese weerstand as gevolg van die afwesigheid van bodemvulling. Hierdie tegnologie is egter kompleks om te vervaardig en het hoër koste.
2.5D- en 3D-verpakkingstegnologieë omvat verskeie verpakkingstegnieke. In 2.5D-verpakking, afhangende van die keuse van tussenlaagmateriale, kan dit gekategoriseer word in silikon-gebaseerde, organies-gebaseerde en glas-gebaseerde tussenlae, soos in die figuur hierbo getoon. In 3D-verpakking is die ontwikkeling van mikro-stamptegnologie daarop gemik om spasiëringsdimensies te verminder, maar vandag, deur die gebruik van hibriede bindingstegnologie (’n direkte Cu-Cu-verbindingsmetode), kan enkelsyfer-spasiëringsdimensies bereik word, wat beduidende vordering in die veld aandui.
**Belangrike Tegnologiese Tendense om Doen Te Hou:**
1. **Groter Tussenlaaggebiede:** IDTechEx het voorheen voorspel dat as gevolg van die moeilikheid van silikon-tussenlae wat 'n 3x-kruisdraadgroottelimiet oorskry, 2.5D-silikonbrugoplossings binnekort silikon-tussenlae as die primêre keuse vir die verpakking van HPC-skyfies sal vervang. TSMC is 'n belangrike verskaffer van 2.5D-silikon-tussenlae vir NVIDIA en ander toonaangewende HPC-ontwikkelaars soos Google en Amazon, en die maatskappy het onlangs massaproduksie van sy eerste-generasie CoWoS_L met 'n 3.5x-kruisdraadgrootte aangekondig. IDTechEx verwag dat hierdie tendens sal voortduur, met verdere vooruitgang wat in sy verslag oor die belangrikste spelers bespreek word.
2. **Paneelvlakverpakking:** Paneelvlakverpakking het 'n belangrike fokus geword, soos uitgelig tydens die 2024 Taiwan Internasionale Halfgeleieruitstalling. Hierdie verpakkingsmetode maak voorsiening vir die gebruik van groter tussenlae en help om koste te verminder deur meer pakkette gelyktydig te produseer. Ten spyte van die potensiaal daarvan, moet uitdagings soos kromtrekkingsbestuur steeds aangespreek word. Die toenemende prominensie daarvan weerspieël die groeiende vraag na groter, meer koste-effektiewe tussenlae.
3. **Glas Tussenlae:** Glas word 'n sterk kandidaatmateriaal vir die bereiking van fyn bedrading, vergelykbaar met silikon, met bykomende voordele soos verstelbare CTE en hoër betroubaarheid. Glas tussenlae is ook versoenbaar met paneelvlakverpakking, wat die potensiaal bied vir hoëdigtheidbedrading teen meer hanteerbare koste, wat dit 'n belowende oplossing vir toekomstige verpakkingstegnologieë maak.
4. **HBM Hibriede Binding:** 3D koper-koper (Cu-Cu) hibriede binding is 'n sleuteltegnologie vir die bereiking van ultra-fyn vertikale interkonneksies tussen skyfies. Hierdie tegnologie is in verskeie hoë-end bedienerprodukte gebruik, insluitend AMD EPYC vir gestapelde SRAM en SVE's, sowel as die MI300-reeks vir die stapel van SVE/GPU-blokke op I/O-matryse. Hibriede binding sal na verwagting 'n belangrike rol speel in toekomstige HBM-vooruitgang, veral vir DRAM-stapels wat 16-Hi of 20-Hi lae oorskry.
5. **Saamgepakte Optiese Toestelle (SVO):** Met die groeiende vraag na hoër data-deurset en kragdoeltreffendheid, het optiese interkonneksietegnologie aansienlike aandag gekry. Saamgepakte optiese toestelle (SVO) word 'n sleuteloplossing vir die verbetering van I/O-bandwydte en die vermindering van energieverbruik. In vergelyking met tradisionele elektriese transmissie, bied optiese kommunikasie verskeie voordele, insluitend laer seinverswakking oor lang afstande, verminderde kruisspraakgevoeligheid en aansienlik verhoogde bandwydte. Hierdie voordele maak SVO 'n ideale keuse vir data-intensiewe, energie-doeltreffende HPC-stelsels.
**Belangrike markte om dop te hou:**
Die primêre mark wat die ontwikkeling van 2.5D- en 3D-verpakkingstegnologieë dryf, is ongetwyfeld die hoëprestasie-rekenaarsektor (HPC). Hierdie gevorderde verpakkingsmetodes is van kritieke belang om die beperkings van Moore se Wet te oorkom, wat meer transistors, geheue en interkonneksies binne 'n enkele pakket moontlik maak. Die ontbinding van skyfies maak ook voorsiening vir optimale benutting van prosesknope tussen verskillende funksionele blokke, soos die skeiding van I/O-blokke van verwerkingsblokke, wat doeltreffendheid verder verbeter.
Benewens hoëprestasie-rekenaars (HPC), word verwag dat ander markte ook groei sal behaal deur die aanvaarding van gevorderde verpakkingstegnologieë. In die 5G- en 6G-sektore sal innovasies soos verpakkingsantennas en baanbrekende skyfie-oplossings die toekoms van draadlose toegangsnetwerk (RAN)-argitekture vorm. Outonome voertuie sal ook baat vind, aangesien hierdie tegnologieë die integrasie van sensorsuite en rekenaareenhede ondersteun om groot hoeveelhede data te verwerk terwyl veiligheid, betroubaarheid, kompaktheid, krag- en termiese bestuur, en koste-effektiwiteit verseker word.
Verbruikerselektronika (insluitend slimfone, slimhorlosies, AR/VR-toestelle, rekenaars en werkstasies) fokus toenemend op die verwerking van meer data in kleiner ruimtes, ten spyte van 'n groter klem op koste. Gevorderde halfgeleierverpakking sal 'n sleutelrol in hierdie tendens speel, hoewel die verpakkingsmetodes kan verskil van dié wat in HPC gebruik word.
Plasingstyd: Okt-07-2024