Els envasos de semiconductors han evolucionat des dels dissenys tradicionals de PCB 1D fins a la unió híbrida 3D d'avantguarda a nivell d'hòsties. Aquest avenç permet un espaiat d’interconnexió en l’interval de micres d’un sol dígit, amb amplades de banda de fins a 1000 GB/s, mantenint una alta eficiència energètica. Al nucli de les tecnologies d’embalatge avançat de semiconductors hi ha envasos 2.5D (on els components es col·loquen colze a colze en una capa intermediària) i envasos 3D (que implica apilar verticalment xips actius). Aquestes tecnologies són crucials per al futur dels sistemes HPC.
La tecnologia d’envasos 2.5D implica diversos materials de capa intermediària, cadascun amb els seus propis avantatges i desavantatges. Les capes intermediàries de silici (SI), incloses hòsties de silici completament passives i ponts localitzats de silici, són conegudes per proporcionar les millors capacitats de cablejat, cosa que les fa ideals per a la computació d’alt rendiment. Tot i això, són costosos en termes de materials i fabricació i limitacions de la cara a la zona d’envasos. Per mitigar aquests problemes, l’ús de ponts de silici localitzats està augmentant, utilitzant estratègicament el silici on la funcionalitat fina és fonamental mentre s’aborden les restriccions de l’àrea.
Les capes intermediaris orgàniques, que utilitzen plàstics modelat per ventiladors, són una alternativa més rendible al silici. Tenen una constant dielèctrica inferior, que redueix el retard RC al paquet. Malgrat aquests avantatges, les capes intermèdies orgàniques lluiten per aconseguir el mateix nivell de reducció de funcions d’interconnexió que els envasos basats en silici, limitant la seva adopció en aplicacions informàtiques d’alt rendiment.
Les capes intermediaris de vidre han obtingut un interès important, sobretot després del recent llançament d'Intel dels envasos de vehicles de prova basats en vidre. Glass ofereix diversos avantatges, com ara el coeficient regulable d’expansió tèrmica (CTE), estabilitat dimensional d’alta dimensió, superfícies suaus i planes i la capacitat de donar suport a la fabricació de panells, convertint -lo en un candidat prometedor per a capes intermediaris amb capacitats de cablejat comparables amb el silici. No obstant això, a banda dels reptes tècnics, l’inconvenient principal de les capes intermediàries de vidre és l’ecosistema immadur i la manca actual de capacitat de producció a gran escala. A mesura que les maduracions dels ecosistemes i les capacitats de producció milloren, les tecnologies basades en el vidre en els envasos de semiconductors poden veure un creixement i adopció més.
Pel que fa a la tecnologia d’envasos 3D, l’enllaç híbrid sense cops Cu-Cu s’està convertint en una tecnologia innovadora líder. Aquesta tècnica avançada aconsegueix interconnexions permanents combinant materials dielèctrics (com SiO2) amb metalls incrustats (CU). L’enllaç híbrid Cu-Cu pot aconseguir espais inferiors a 10 micres, normalment en el rang de micres d’un sol dígit, que representa una millora significativa respecte a la tecnologia de micro-cops tradicionals, que té espais d’espais de prop de 40-50 micres. Els avantatges de l’enllaç híbrid inclouen un augment d’E/S, una amplada de banda millorada, una millora de l’apilament vertical 3D, una millor eficiència de potència i una reducció dels efectes paràsits i la resistència tèrmica a causa de l’absència d’ompliment inferior. Tanmateix, aquesta tecnologia és complexa per fabricar i té costos més elevats.
Les tecnologies d’envasos 2.5D i 3D inclouen diverses tècniques d’embalatge. En els envasos 2.5D, depenent de l’elecció de materials de capa intermediari, es pot classificar en capes intermediàries basades en silici, basades en orgànics i de vidre, tal com es mostra a la figura anterior. En els envasos 3D, el desenvolupament de la tecnologia de micro-cops té com a objectiu reduir les dimensions de l’espai entre l’espai, però avui en dia, adoptant la tecnologia d’enllaç híbrid (un mètode directe de connexió Cu-Cu), es poden aconseguir dimensions d’espai d’un sol dígit, marcant un progrés significatiu en el camp .
** Tendències tecnològiques clau a veure: **
1. ** Àrees de capa intermediària més grans: ** Idtechex prèviament va predir que, a causa de la dificultat de les capes intermediàries de silici superior a un límit de mida del reticle 3x, les solucions de pont de silici 2,5D substituirien aviat les capes intermediàries de silici com a elecció principal per als envasos de xips HPC. TSMC és un dels principals proveïdors de capes intermediàries de silici 2.5D per a NVIDIA i altres desenvolupadors principals de HPC com Google i Amazon, i la companyia ha anunciat recentment la producció massiva de la seva primera generació COWOS_L amb una mida de reticle de 3,5x. Idtechex espera que aquesta tendència continuï, amb més avenços discutits en el seu informe sobre els principals jugadors.
2. ** Embalatge a nivell de panell: ** Els envasos a nivell de panell s’han convertit en un focus significatiu, tal com es destaca a l’exposició de semiconductors internacionals de Taiwan 2024. Aquest mètode d’envasament permet l’ús de capes intermediàries més grans i ajuda a reduir els costos produint més paquets simultàniament. Malgrat el seu potencial, encara s’han d’afrontar reptes com la gestió de la pàgina de guerra. El seu protagonisme creixent reflecteix la creixent demanda de capes intermediàries més grans i rendibles.
3. ** Capes intermediàries de vidre: ** El vidre està sorgint com un material candidat fort per aconseguir un cablejat fi, comparable al silici, amb avantatges addicionals com el CTE regulable i la fiabilitat més alta. Les capes intermediaris de vidre també són compatibles amb els envasos a nivell de panells, oferint el potencial de cablejat d’alta densitat a costos més manejables, cosa que la converteix en una solució prometedora per a futures tecnologies d’envasos.
4. ** Enllaç híbrid HBM: ** L’enllaç híbrid de coure 3D (CU-CU) és una tecnologia clau per aconseguir interconnexions verticals de pas ultra-fines entre xips. Aquesta tecnologia s'ha utilitzat en diversos productes de servidor de gamma alta, inclòs AMD EPYC per a SRAM i CPU apilades, així com a la sèrie MI300 per apilar blocs de CPU/GPU en morts d'E/S. Es preveu que l’enllaç híbrid tingui un paper crucial en els futurs avenços de HBM, especialment per a piles DRAM superiors a 16-HI o 20-HI.
5. ** Dispositius òptics envasats (CPO): ** Amb la creixent demanda de major rendiment de dades i eficiència de potència, la tecnologia d'interconnexió òptica ha obtingut una atenció considerable. Els dispositius òptics envasats (CPO) s’estan convertint en una solució clau per millorar l’ample de banda d’E/S i reduir el consum d’energia. En comparació amb la transmissió elèctrica tradicional, la comunicació òptica ofereix diversos avantatges, incloent una menor atenuació del senyal a llargues distàncies, la sensibilitat reduïda de la crisi i la major amplada de banda. Aquests avantatges fan que el CPO sigui una elecció ideal per a sistemes HPC amb gran quantitat de dades i eficients energèticament.
** Mercats clau per veure: **
El mercat principal que impulsa el desenvolupament de les tecnologies d’envasament 2,5D i 3D és, sens dubte, el sector informàtic d’alt rendiment (HPC). Aquests mètodes d’embalatge avançats són crucials per superar les limitacions de la llei de Moore, permetent més transistors, memòria i interconnexions dins d’un sol paquet. La descomposició de xips també permet utilitzar òptimes nodes de procés entre diferents blocs funcionals, com ara separar els blocs d'E/S dels blocs de processament, millorant encara més l'eficiència.
A més de la informàtica d’alt rendiment (HPC), també s’espera que altres mercats aconsegueixin un creixement mitjançant l’adopció de tecnologies avançades d’envasos. En els sectors 5G i 6G, innovacions com les antenes d’envasament i les solucions de xip d’avantguarda donaran forma al futur de les arquitectures de la xarxa d’accés sense fils (RAN). Els vehicles autònoms també es beneficiaran, ja que aquestes tecnologies donen suport a la integració de les suites de sensors i les unitats informàtiques per processar grans quantitats de dades alhora que garanteixen la seguretat, la fiabilitat, la compactació, la potència i la gestió tèrmica i la rendibilitat.
L’electrònica de consum (incloent telèfons intel·ligents, rellotges intel·ligents, dispositius AR/VR, PC i estacions de treball) es centren cada cop més a processar més dades en espais més petits, malgrat un major èmfasi en el cost. Els envasos avançats de semiconductors tindran un paper clau en aquesta tendència, tot i que els mètodes d’envasament poden diferir dels que s’utilitzen en HPC.
Posada Posada: 07 d'octubre-2024