Упакоўка паўправаднікоў эвалюцыянавала ад традыцыйных 1D-канструкцый друкаваных плат да перадавых 3D-гібрыдных злучэнняў на ўзроўні пласцін. Гэта ўдасканаленне дазваляе раздзяляць міжзлучэнні ў адназначным мікранным дыяпазоне з прапускной здольнасцю да 1000 ГБ/с, захоўваючы пры гэтым высокую энергаэфектыўнасць. У аснове перадавых тэхналогій упакоўкі паўправаднікоў ляжаць 2,5D-упакоўка (дзе кампаненты размяшчаюцца побач на прамежкавым слоі) і 3D-упакоўка (уключае вертыкальнае размяшчэнне актыўных чыпаў). Гэтыя тэхналогіі маюць вырашальнае значэнне для будучыні сістэм HPC.
Тэхналогія 2.5D упакоўкі ўключае розныя матэрыялы прамежкавага пласта, кожны са сваімі перавагамі і недахопамі. Крэмніевыя (Si) прамежкавыя пласты, у тым ліку цалкам пасіўныя крамянёвыя пласціны і лакалізаваныя крамянёвыя масты, вядомыя тым, што забяспечваюць найлепшыя магчымасці праводкі, што робіць іх ідэальнымі для высокапрадукцыйных вылічэнняў. Аднак яны дарагія з пункту гледжання матэрыялаў і вырабу, а таксама маюць абмежаванні па плошчы ўпакоўкі. Каб змякчыць гэтыя праблемы, узрастае выкарыстанне лакалізаваных крамянёвых мастоў, якія стратэгічна выкарыстоўваюць крэмній там, дзе дакладная функцыянальнасць мае вырашальнае значэнне пры ўліку абмежаванняў плошчы.
Арганічныя прамежкавыя пласты з выкарыстаннем фасонных пластмас, якія разгортваюцца, з'яўляюцца больш эканамічна эфектыўнай альтэрнатывай крэмнію. Яны маюць меншую дыэлектрычную пранікальнасць, што памяншае затрымку RC у ўпакоўцы. Нягледзячы на гэтыя перавагі, арганічным прамежкавым узроўням цяжка дасягнуць таго ж узроўню зніжэння функцый міжзлучэнняў, што і ўпакоўка на аснове крэмнію, што абмяжоўвае іх выкарыстанне ў высокапрадукцыйных вылічальных праграмах.
Шкляныя прамежкавыя слаі выклікалі значную цікавасць, асабліва пасля нядаўняга запуску Intel упакоўкі для тэставых аўтамабіляў на аснове шкла. Шкло прапануе шэраг пераваг, такіх як рэгуляваны каэфіцыент цеплавога пашырэння (CTE), высокую стабільнасць памераў, гладкія і плоскія паверхні і магчымасць падтрымліваць вытворчасць панэляў, што робіць яго перспектыўным кандыдатам для прамежкавых слаёў з магчымасцямі праводкі, параўнальнымі з крэмніем. Аднак, акрамя тэхнічных праблем, галоўным недахопам шкляных прамежкавых слаёў з'яўляецца няспелая экасістэма і недахоп буйнамаштабных вытворчых магутнасцей. Па меры сталення экасістэмы і паляпшэння вытворчых магчымасцей тэхналогіі на аснове шкла ў паўправадніковай упакоўцы могуць атрымаць далейшы рост і прыняцце.
З пункту гледжання тэхналогіі 3D-упакоўкі, гібрыднае злучэнне Cu-Cu без удараў становіцца вядучай інавацыйнай тэхналогіяй. Гэтая ўдасканаленая тэхніка забяспечвае пастаянныя ўзаемасувязі шляхам камбінавання дыэлектрычных матэрыялаў (напрыклад, SiO2) з убудаванымі металамі (Cu). Гібрыднае злучэнне Cu-Cu можа дасягаць адлегласці ніжэй за 10 мікрон, як правіла, у адназначным дыяпазоне мікрон, што ўяўляе сабой значнае паляпшэнне ў параўнанні з традыцыйнай тэхналогіяй мікра-выпукласцяў, якая мае адлегласць паміж выпукласцямі каля 40-50 мікрон. Перавагі гібрыднага злучэння ўключаюць павялічаны ўвод-вывад, павялічаную прапускную здольнасць, палепшанае 3D-вертыкальнае стэкаванне, лепшую энергаэфектыўнасць, а таксама зніжэнне паразітных эфектаў і тэрмічнага супраціву з-за адсутнасці ніжняга запаўнення. Аднак гэтая тэхналогія складаная ў вытворчасці і мае больш высокі кошт.
Тэхналогіі ўпакоўкі 2.5D і 3D ахопліваюць розныя метады ўпакоўкі. У 2.5D упакоўцы, у залежнасці ад выбару матэрыялаў прамежкавага пласта, яго можна падзяліць на прамежкавыя пласты на аснове крэмнія, арганікі і шкла, як паказана на малюнку вышэй. У 3D-упакоўцы распрацоўка тэхналогіі мікравыступаў накіравана на памяншэнне памераў інтэрвалу, але сёння, прыняўшы тэхналогію гібрыднага злучэння (метад прамога злучэння Cu-Cu), можна дасягнуць адназначных памераў інтэрвалу, што азначае значны прагрэс у гэтай галіне .
**Асноўныя тэхналагічныя тэндэнцыі, на якія варта звярнуць увагу:**
1. **Большыя вобласці прамежкавых слаёў:** IDTechEx раней прагназаваў, што з-за таго, што крамянёвыя прамежкавыя слаі складанасці перавышаюць 3-кратны ліміт памеру прыцэльнай сеткі, крэмніевыя маставыя рашэнні 2,5D неўзабаве заменяць крамянёвыя прамежкавыя слаі ў якасці асноўнага выбару для ўпакоўкі чыпаў HPC. TSMC з'яўляецца асноўным пастаўшчыком 2,5D-крамянёвых прамежкавых слаёў для NVIDIA і іншых вядучых распрацоўшчыкаў HPC, такіх як Google і Amazon, і кампанія нядаўна абвясціла аб масавай вытворчасці свайго першага пакалення CoWoS_L з памерам сеткі ў 3,5 разы. IDTechEx чакае, што гэтая тэндэнцыя захаваецца, далейшыя дасягненні абмяркоўваюцца ў справаздачы, якая ахоплівае асноўных гульцоў.
2. **Упакоўка на ўзроўні панэлі:** Упакоўка на ўзроўні панэлі стала асаблівай увагай, як было падкрэслена на Тайваньскай міжнароднай выставе паўправаднікоў у 2024 годзе. Гэты метад упакоўкі дазваляе выкарыстоўваць вялікія прамежкавыя пласты і дапамагае знізіць выдаткі за кошт адначасовай вытворчасці большай колькасці пакетаў. Нягледзячы на патэнцыял, такія праблемы, як кіраванне дэфармацыяй, усё яшчэ патрабуюць вырашэння. Яго ўсё большая вядомасць адлюстроўвае рост попыту на больш буйныя, больш эканамічна эфектыўныя пасрэдніцкія ўзроўні.
3. **Прамежкавыя пласты шкла:** Шкло становіцца моцным матэрыялам-кандыдатам для атрымання тонкай праводкі, параўнальнай з крэмніем, з дадатковымі перавагамі, такімі як рэгуляваны КТР і больш высокая надзейнасць. Шкляныя прамежкавыя пласты таксама сумяшчальныя з упакоўкай на ўзроўні панэлі, прапаноўваючы патэнцыял для праводкі высокай шчыльнасці па больш кіраваных выдатках, што робіць гэта перспектыўным рашэннем для будучых тэхналогій упакоўкі.
4. **HBM Hybrid Bonding:** 3D-гібрыднае злучэнне медзь-медзь (Cu-Cu) з'яўляецца ключавой тэхналогіяй для дасягнення вертыкальных узаемасувязей паміж чыпамі са звыштонкім крокам. Гэтая тэхналогія выкарыстоўвалася ў розных серверных прадуктах высокага класа, у тым ліку AMD EPYC для стэка SRAM і працэсараў, а таксама ў серыі MI300 для стэкавання блокаў CPU/GPU на плашках уводу-вываду. Чакаецца, што гібрыднае злучэнне будзе гуляць вырашальную ролю ў будучых дасягненнях HBM, асабліва для стэкаў DRAM, якія перавышаюць 16-Hi або 20-Hi слаёў.
5. **Сумесныя аптычныя прылады (CPO):** З ростам попыту на больш высокую прапускную здольнасць даных і энергаэфектыўнасць тэхналогія аптычнага злучэння прыцягнула значную ўвагу. Камбінаваныя аптычныя прылады (CPO) становяцца ключавым рашэннем для пашырэння прапускной здольнасці ўводу-вываду і зніжэння спажывання энергіі. У параўнанні з традыцыйнай электрычнай перадачай, аптычная сувязь прапануе некалькі пераваг, у тым ліку меншае згасанне сігналу на вялікіх адлегласцях, паніжаную адчувальнасць да перакрыжаваных перашкод і значна павялічаную прапускную здольнасць. Гэтыя перавагі робяць CPO ідэальным выбарам для інтэнсіўных дадзеных, энергаэфектыўных сістэм HPC.
**Асноўныя рынкі для назірання:**
Асноўным рынкам, які спрыяе развіццю тэхналогій упакоўкі 2,5D і 3D, несумненна з'яўляецца сектар высокапрадукцыйных вылічэнняў (HPC). Гэтыя ўдасканаленыя метады ўпакоўкі маюць вырашальнае значэнне для пераадолення абмежаванняў закона Мура, дазваляючы больш транзістараў, памяці і злучэнняў у адным корпусе. Дэкампазіцыя чыпаў таксама дазваляе аптымальна выкарыстоўваць вузлы працэсу паміж рознымі функцыянальнымі блокамі, напрыклад, аддзяляць блокі ўводу/вываду ад блокаў апрацоўкі, што яшчэ больш павышае эфектыўнасць.
Чакаецца, што ў дадатак да высокапрадукцыйных вылічэнняў (HPC) іншыя рынкі таксама дасягнуць росту за кошт прыняцця перадавых тэхналогій упакоўкі. У сектарах 5G і 6G такія інавацыі, як упаковачныя антэны і перадавыя рашэнні чыпаў, будуць вызначаць будучыню архітэктур сетак бесправаднога доступу (RAN). Аўтаномныя транспартныя сродкі таксама выйграюць, паколькі гэтыя тэхналогіі падтрымліваюць інтэграцыю набораў датчыкаў і вылічальных блокаў для апрацоўкі вялікіх аб'ёмаў даных, забяспечваючы пры гэтым бяспеку, надзейнасць, кампактнасць, кіраванне магутнасцю і тэмпературай, а таксама рэнтабельнасць.
Спажывецкая электроніка (уключаючы смартфоны, разумныя гадзіны, прылады AR/VR, ПК і працоўныя станцыі) усё больш сканцэнтравана на апрацоўцы большай колькасці даных у меншай прасторы, нягледзячы на большы акцэнт на кошце. Удасканаленая ўпакоўка паўправаднікоў будзе адыгрываць ключавую ролю ў гэтай тэндэнцыі, хоць метады ўпакоўкі могуць адрознівацца ад тых, якія выкарыстоўваюцца ў HPC.
Час публікацыі: 25 кастрычніка 2024 г