Паўправадніковая ўпакоўка прайшла эвалюцыю ад традыцыйных аднамерных друкаваных плат да перадавых трохмерных гібрыдных злучэнняў на ўзроўні пласцін. Гэта ўдасканаленне дазваляе ўсталёўваць адлегласці паміж міжзлучэннямі ў дыяпазоне адзінак мікрона з прапускной здольнасцю да 1000 Гбіт/с, захоўваючы пры гэтым высокую энергаэфектыўнасць. У аснове перадавых тэхналогій паўправадніковай упакоўкі ляжаць 2,5D-упакоўка (дзе кампаненты размяшчаюцца побач на прамежкавым пласце) і трохмерная ўпакоўка (якая прадугледжвае вертыкальнае размяшчэнне актыўных чыпаў). Гэтыя тэхналогіі маюць вырашальнае значэнне для будучыні высокапрадукцыйных вылічальных сістэм.
Тэхналогія 2.5D-упакоўкі выкарыстоўвае розныя матэрыялы прамежкавых слаёў, кожны з якіх мае свае перавагі і недахопы. Крэмніевыя (Si) прамежкавыя слаі, у тым ліку цалкам пасіўныя крэмніевыя пласціны і лакалізаваныя крэмніевыя масты, вядомыя тым, што забяспечваюць найлепшыя магчымасці падключэння, што робіць іх ідэальнымі для высокапрадукцыйных вылічэнняў. Аднак яны дарагія з пункту гледжання матэрыялаў і вытворчасці, а таксама сутыкаюцца з абмежаваннямі ў плошчы ўпакоўкі. Каб вырашыць гэтыя праблемы, усё часцей выкарыстоўваюцца лакалізаваныя крэмніевыя масты, стратэгічна выкарыстоўваючы крэмній там, дзе высокая функцыянальнасць мае вырашальнае значэнне, адначасова вырашаючы праблемы з абмежаваннямі плошчы.
Арганічныя прамежкавыя пласты, вырабленыя з выкарыстаннем ліццёвых пластыкаў, з'яўляюцца больш эканамічна эфектыўнай альтэрнатывай крэмнію. Яны маюць меншую дыэлектрычную пранікальнасць, што памяншае затрымку RC у корпусе. Нягледзячы на гэтыя перавагі, арганічныя прамежкавыя пласты з цяжкасцю дасягаюць такога ж узроўню зніжэння колькасці ўзаемасувязяў, як у корпусах на аснове крэмнію, што абмяжоўвае іх прымяненне ў высокапрадукцыйных вылічальных сістэмах.
Прамежкавыя пласты са шкла выклікалі значную цікавасць, асабліва пасля нядаўняга запуску кампаніяй Intel корпусаў для тэставых аўтамабіляў на аснове шкла. Шкло мае шэраг пераваг, такіх як рэгуляваны каэфіцыент цеплавога пашырэння (КТР), высокая стабільнасць памераў, гладкія і плоскія паверхні, а таксама здольнасць падтрымліваць вытворчасць панэляў, што робіць яго перспектыўным кандыдатам для прамежкавых слаёў з магчымасцямі праводкі, параўнальнымі з крэмніем. Аднак, акрамя тэхнічных праблем, асноўным недахопам прамежкавых слаёў са шкла з'яўляецца няспелая экасістэма і бягучая адсутнасць буйных вытворчых магутнасцей. Па меры развіцця экасістэмы і паляпшэння вытворчых магчымасцей тэхналогіі на аснове шкла ў корпусах паўправаднікоў могуць атрымаць далейшы рост і ўкараненне.
Што тычыцца тэхналогіі трохмернай упакоўкі, гібрыднае злучэнне Cu-Cu без выпуклосці становіцца вядучай інавацыйнай тэхналогіяй. Гэтая перадавая тэхналогія дазваляе дасягнуць пастаянных узаемасувязяў шляхам спалучэння дыэлектрычных матэрыялаў (напрыклад, SiO2) з убудаванымі металамі (Cu). Гібрыднае злучэнне Cu-Cu можа дасягнуць адлегласцей паміж выпуклымі элементамі менш за 10 мікрон, звычайна ў дыяпазоне адназначных мікрон, што ўяўляе сабой значнае паляпшэнне ў параўнанні з традыцыйнай тэхналогіяй мікравыпуклосці, якая мае адлегласці паміж выпуклымі элементамі каля 40-50 мікрон. Перавагі гібрыднага злучэння ўключаюць павелічэнне колькасці ўваходаў/вывадаў, пашыраную прапускную здольнасць, палепшанае трохмернае вертыкальнае кладанне, лепшую энергаэфектыўнасць і зніжэнне паразітных эфектаў і цеплавой устойлівасці з-за адсутнасці ніжняга запаўнення. Аднак гэтая тэхналогія складаная ў вытворчасці і мае больш высокі кошт.
Тэхналогіі 2.5D і 3D упакоўкі ахопліваюць розныя метады ўпакоўкі. У 2.5D упакоўцы, у залежнасці ад выбару матэрыялаў прамежкавага пласта, яе можна класіфікаваць на прамежкавыя пласты на аснове крэмнію, арганічных матэрыялаў і шкла, як паказана на малюнку вышэй. У 3D упакоўцы распрацоўка тэхналогіі мікравыступаў накіравана на памяншэнне памераў адлегласці паміж элементамі, але сёння, дзякуючы ўкараненню тэхналогіі гібрыднага злучэння (метад прамога злучэння Cu-Cu), можна дасягнуць памераў адлегласці ў адзін знак, што сведчыць аб значным прагрэсе ў гэтай галіне.
**Асноўныя тэхналагічныя тэндэнцыі, за якімі варта сачыць:**
1. **Павялічаныя плошчы прамежкавых слаёў:** Раней IDTechEx прагназавала, што з-за цяжкасці перавышэння памеру сеткі прыцэлаў у 3 разы большым за крэмніевыя прамежкавыя слаі, 2,5D крэмніевыя масты неўзабаве заменяць крэмніевыя прамежкавыя слаі ў якасці асноўнага выбару для ўпакоўкі чыпаў HPC. TSMC з'яўляецца асноўным пастаўшчыком 2,5D крэмніевых прамежкавых слаёў для NVIDIA і іншых вядучых распрацоўшчыкаў HPC, такіх як Google і Amazon, і нядаўна кампанія абвясціла аб масавай вытворчасці свайго першага пакалення CoWoS_L з памерам сеткі ў 3,5 разы большым. IDTechEx чакае, што гэтая тэндэнцыя працягнецца, і далейшыя дасягненні абмяркоўваюцца ў яе справаздачы, якая ахоплівае асноўных гульцоў.
2. **Упакоўка на ўзроўні панэлі**:** Упакоўка на ўзроўні панэлі стала значнай тэмай, як было адзначана на Тайваньскай міжнароднай выставе паўправаднікоў 2024 года. Гэты метад упакоўкі дазваляе выкарыстоўваць больш буйныя прамежкавыя пласты і дапамагае знізіць выдаткі, вырабляючы большую колькасць корпусаў адначасова. Нягледзячы на свой патэнцыял, такія праблемы, як кіраванне дэфармацыяй, усё яшчэ патрабуюць вырашэння. Яго ўсё большая папулярнасць адлюстроўвае ўзрастаючы попыт на больш буйныя і больш эканамічна эфектыўныя прамежкавыя пласты.
3. **Прамежкавыя слаі са шкла:** Шкло становіцца моцным кандыдатам на матэрыял для дасягнення тонкай праводкі, параўнальнай з крэмніем, з дадатковымі перавагамі, такімі як рэгуляваны КТР і больш высокая надзейнасць. Прамежкавыя слаі са шкла таксама сумяшчальныя з упакоўкай на ўзроўні панэлі, што дае патэнцыял для высокай шчыльнасці праводкі пры больш кіраваных выдатках, што робіць яго перспектыўным рашэннем для будучых тэхналогій упакоўкі.
4. **Гібрыднае злучэнне HBM**:** трохмернае гібрыднае злучэнне медзь-медзь (Cu-Cu) з'яўляецца ключавой тэхналогіяй для дасягнення вертыкальных узаемасувязяў паміж чыпамі з ультратонкім крокам. Гэтая тэхналогія выкарыстоўвалася ў розных высокакласных серверных прадуктах, у тым ліку AMD EPYC для шматслаёвай SRAM і працэсараў, а таксама ў серыі MI300 для шматслаёвай размяшчэння блокаў працэсара/графічнага працэсара на крышталях уводу/вываду. Чакаецца, што гібрыднае злучэнне будзе гуляць вырашальную ролю ў будучых развіцці HBM, асабліва для стэкаў DRAM, якія перавышаюць 16 або 20 слаёў Hi.
5. **Сумесна ўпакаваныя аптычныя прылады (САП):** З ростам попыту на больш высокую прапускную здольнасць дадзеных і энергаэфектыўнасць, тэхналогія аптычных міжзлучэнняў прыцягнула значную ўвагу. Сумесна ўпакаваныя аптычныя прылады (САП) становяцца ключавым рашэннем для пашырэння прапускной здольнасці ўводу/вываду і зніжэння спажывання энергіі. У параўнанні з традыцыйнай электрычнай перадачай, аптычная сувязь прапануе шэраг пераваг, у тым ліку меншае згасанне сігналу на вялікіх адлегласцях, зніжэнне адчувальнасці да перакрыжаваных перашкод і значнае павелічэнне прапускной здольнасці. Гэтыя перавагі робяць САП ідэальным выбарам для інтэнсіўных да дадзеных, энергаэфектыўных сістэм высокапрадукцыйнага вылічэння.
**Асноўныя рынкі для назірання:**
Асноўным рынкам, які рухае развіццё тэхналогій 2.5D і 3D-упакоўкі, несумненна, з'яўляецца сектар высокапрадукцыйных вылічэнняў (HPC). Гэтыя перадавыя метады ўпакоўкі маюць вырашальнае значэнне для пераадолення абмежаванняў закона Мура, дазваляючы размяшчаць больш транзістараў, памяці і ўзаемасувязяў у адным корпусе. Дэкампазіцыя мікрасхем таксама дазваляе аптымальна выкарыстоўваць вузлы працэсу паміж рознымі функцыянальнымі блокамі, напрыклад, аддзяляць блокі ўводу/вываду ад блокаў апрацоўкі, што яшчэ больш павышае эфектыўнасць.
Акрамя высокапрадукцыйных вылічэнняў (HPC), чакаецца, што іншыя рынкі таксама дасягнуць росту дзякуючы ўкараненню перадавых тэхналогій упакоўкі. У сектарах 5G і 6G такія інавацыі, як упакоўка антэн і перадавыя чыпавыя рашэнні, будуць фармаваць будучыню архітэктур бесправадных сетак доступу (RAN). Аўтаномныя транспартныя сродкі таксама атрымаюць выгаду, паколькі гэтыя тэхналогіі падтрымліваюць інтэграцыю набораў датчыкаў і вылічальных блокаў для апрацоўкі вялікіх аб'ёмаў дадзеных, забяспечваючы пры гэтым бяспеку, надзейнасць, кампактнасць, кіраванне харчаваннем і тэмпературай, а таксама эканамічную эфектыўнасць.
Бытавая электроніка (у тым ліку смартфоны, разумныя гадзіннікі, прылады AR/VR, ПК і працоўныя станцыі) усё часцей сканцэнтравана на апрацоўцы большай колькасці дадзеных у меншых памяшканнях, нягледзячы на большы акцэнт на кошт. Сучасная ўпакоўка паўправаднікоў будзе гуляць ключавую ролю ў гэтай тэндэнцыі, хоць метады ўпакоўкі могуць адрознівацца ад тых, што выкарыстоўваюцца ў высокапрадукцыйных вылічэннях (HPC).
Час публікацыі: 07 кастрычніка 2024 г.