ข่าวอุตสาหกรรม: แนวโน้มเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ได้พัฒนาจากการออกแบบ 1D PCB แบบดั้งเดิมไปจนถึงพันธะลูกผสม 3 มิติที่ทันสมัยในระดับเวเฟอร์ ความก้าวหน้านี้ช่วยให้ระยะห่างระหว่างการเชื่อมต่อระหว่างกันในช่วงไมครอนหลักเดียวโดยมีแบนด์วิดท์สูงถึง 1,000 GB/s ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ที่แกนกลางของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงคือบรรจุภัณฑ์ 2.5D (โดยที่ส่วนประกอบจะถูกวางเคียงข้างกันในชั้นตัวกลาง) และบรรจุภัณฑ์ 3D (ซึ่งเกี่ยวข้องกับการซ้อนชิปที่ใช้งานอยู่ในแนวตั้ง) เทคโนโลยีเหล่านี้มีความสำคัญต่ออนาคตของระบบ HPC

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ 2.5D เกี่ยวข้องกับวัสดุเลเยอร์ตัวกลางต่าง ๆ แต่ละชนิดมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง เลเยอร์ตัวกลางซิลิกอน (SI) รวมถึงเวเฟอร์ซิลิคอนแบบพาสซีฟอย่างสมบูรณ์และสะพานซิลิกอนที่มีการแปลเป็นที่รู้จักกันดีในการให้ความสามารถในการเดินสายที่ดีที่สุดทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการคำนวณประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตามพวกเขามีค่าใช้จ่ายสูงในแง่ของวัสดุและการผลิตและข้อ จำกัด ใบหน้าในพื้นที่บรรจุภัณฑ์ เพื่อลดปัญหาเหล่านี้การใช้สะพานซิลิคอนที่มีการแปลเพิ่มขึ้นโดยใช้ซิลิกอนอย่างมีกลยุทธ์ซึ่งการทำงานที่ดีมีความสำคัญในขณะที่จัดการกับข้อ จำกัด ของพื้นที่

เลเยอร์ตัวกลางอินทรีย์โดยใช้พลาสติกที่มีขึ้นรูปจากพัดลมเป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าสำหรับซิลิกอน พวกเขามีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่ต่ำกว่าซึ่งช่วยลดความล่าช้าของ RC ในแพ็คเกจ แม้จะมีข้อได้เปรียบเหล่านี้เลเยอร์ตัวกลางอินทรีย์ต่อสู้เพื่อให้บรรลุระดับเดียวกันของการลดคุณสมบัติการเชื่อมต่อระหว่างกันเป็นบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ซิลิคอนโดย จำกัด การใช้ในแอพพลิเคชั่นคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง

ชั้นของตัวกลางแก้วได้รับความสนใจอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการเปิดตัวบรรจุภัณฑ์ยานพาหนะทดสอบที่ใช้แก้วเป็นครั้งล่าสุดของ Intel Glass มีข้อดีหลายประการเช่นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของความร้อน (CTE) ความเสถียรในมิติสูงพื้นผิวที่เรียบและเรียบและความสามารถในการรองรับการผลิตแผงทำให้เป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มสำหรับชั้นสื่อกลางที่มีความสามารถในการเดินสายเทียบกับซิลิคอน อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากความท้าทายทางเทคนิคแล้วข้อเสียเปรียบหลักของเลเยอร์ตัวกลางแก้วคือระบบนิเวศที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะและการขาดกำลังการผลิตขนาดใหญ่ในปัจจุบัน เมื่อระบบนิเวศครบกำหนดและความสามารถในการผลิตดีขึ้นเทคโนโลยีที่ใช้แก้วในบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์อาจเห็นการเติบโตและการยอมรับเพิ่มเติม

ในแง่ของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ 3 มิติ Cu-Cu Hybrid Hybrid Hybrid กำลังกลายเป็นเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมชั้นนำ เทคนิคขั้นสูงนี้บรรลุการเชื่อมต่อถาวรโดยการรวมวัสดุอิเล็กทริก (เช่น SiO2) กับโลหะฝังตัว (Cu) พันธะไฮบริด Cu-Cu สามารถทำให้เกิดระยะห่างต่ำกว่า 10 ไมครอนโดยทั่วไปในช่วงไมครอนหลักเดียวซึ่งแสดงถึงการปรับปรุงที่สำคัญกว่าเทคโนโลยีไมโครกระแทกแบบดั้งเดิมซึ่งมีระยะห่างกันประมาณ 40-50 ไมครอน ข้อดีของพันธะไฮบริดรวมถึง I/O ที่เพิ่มขึ้นแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นการปรับปรุงการซ้อนแนวตั้ง 3 มิติที่ดีขึ้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นและผลกระทบของกาฝากลดลงและความต้านทานความร้อนเนื่องจากไม่มีการเติมด้านล่าง อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้มีความซับซ้อนในการผลิตและมีต้นทุนที่สูงขึ้น

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D ครอบคลุมเทคนิคบรรจุภัณฑ์ที่หลากหลาย ในบรรจุภัณฑ์ 2.5D ขึ้นอยู่กับการเลือกวัสดุเลเยอร์ตัวกลางสามารถแบ่งออกเป็นชั้นที่ใช้ซิลิกอนอิงอินทรีย์และชั้นแก้วตามที่แสดงในรูปด้านบน ในบรรจุภัณฑ์แบบ 3 มิติการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครกระแทกมีวัตถุประสงค์เพื่อลดขนาดระยะห่าง แต่วันนี้โดยใช้เทคโนโลยีพันธะไฮบริด (วิธีการเชื่อมต่อ Cu-Cu โดยตรง) สามารถกำหนดขนาดระยะห่างหลักหลักเดียวได้

** แนวโน้มทางเทคโนโลยีที่สำคัญในการดู: **

1. ** พื้นที่ชั้นตัวกลางที่มีขนาดใหญ่ขึ้น: ** IDTechex ก่อนหน้านี้คาดการณ์ว่าเนื่องจากความยากลำบากของชั้นตัวกลางซิลิคอนเกินขีด จำกัด ขนาดเส้นเล็ง 3x, 2.5d ซิลิคอนบริดจ์ในไม่ช้าจะแทนที่ชั้นตัวกลางซิลิกอนเป็นตัวเลือกหลักสำหรับบรรจุภัณฑ์ HPC ชิป TSMC เป็นซัพพลายเออร์รายใหญ่ของชั้นตัวกลางซิลิคอน 2.5D สำหรับ NVIDIA และนักพัฒนา HPC ชั้นนำอื่น ๆ เช่น Google และ Amazon และ บริษัท เพิ่งประกาศการผลิตจำนวนมากของ Cowos_L รุ่นแรกที่มีขนาด 3.5x Idtechex คาดว่าแนวโน้มนี้จะดำเนินต่อไปโดยมีความก้าวหน้าเพิ่มเติมที่กล่าวถึงในรายงานที่ครอบคลุมผู้เล่นรายใหญ่

2. ** บรรจุภัณฑ์ระดับพาเนล: ** บรรจุภัณฑ์ระดับแผงได้กลายเป็นจุดสนใจที่สำคัญดังที่เน้นในงานนิทรรศการเซมิคอนดักเตอร์ระหว่างประเทศไต้หวัน 2024 วิธีการบรรจุภัณฑ์นี้ช่วยให้สามารถใช้เลเยอร์ตัวกลางที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและช่วยลดต้นทุนโดยการผลิตแพ็คเกจเพิ่มเติมพร้อมกัน แม้จะมีศักยภาพ แต่ความท้าทายเช่นการจัดการ warpage ยังคงต้องได้รับการแก้ไข ความโดดเด่นที่เพิ่มขึ้นของมันสะท้อนให้เห็นถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับชั้นสื่อกลางที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและคุ้มค่ามากขึ้น

3. ** ชั้นของแก้ว Glass: ** แก้วกำลังกลายเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งสำหรับการรับสายไฟที่ดีเทียบเคียงกับซิลิกอนโดยมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมเช่น CTE ที่ปรับได้และความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น เลเยอร์ Glass Intermediary ยังเข้ากันได้กับบรรจุภัณฑ์ระดับแผงซึ่งมีศักยภาพในการเดินสายความหนาแน่นสูงในราคาที่สามารถจัดการได้มากขึ้นทำให้เป็นโซลูชั่นที่มีแนวโน้มสำหรับเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ในอนาคต

4. ** พันธะไฮบริด HBM: ** 3D Copper-Copper (CU-CU) พันธะไฮบริดเป็นเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการบรรลุการเชื่อมต่อแนวดิ่งในแนวดิ่งระหว่างชิป เทคโนโลยีนี้ใช้ในผลิตภัณฑ์เซิร์ฟเวอร์ระดับไฮเอนด์ต่างๆรวมถึง AMD Epyc สำหรับ SRAM และซีพียูที่ซ้อนกันรวมถึงซีรีย์ MI300 สำหรับการซ้อนบล็อก CPU/GPU บน I/O Dies การเชื่อมแบบไฮบริดคาดว่าจะมีบทบาทสำคัญในความก้าวหน้าของ HBM ในอนาคตโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกอง DRAM ที่เกิน 16-Hi หรือ 20-Hi

5. ** อุปกรณ์ออพติคอลแบบแพ็คเกจ (CPO): ** ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับปริมาณงานที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพการใช้พลังงานเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างแสงได้รับความสนใจอย่างมาก อุปกรณ์ออพติคอลแบบแพ็คเกจ (CPO) กำลังกลายเป็นโซลูชันสำคัญสำหรับการเพิ่มแบนด์วิดท์ I/O และลดการใช้พลังงาน เมื่อเปรียบเทียบกับการส่งผ่านไฟฟ้าแบบดั้งเดิมการสื่อสารด้วยแสงมีข้อดีหลายประการรวมถึงการลดทอนสัญญาณที่ต่ำกว่าในระยะทางไกลลดความไวของ crosstalk และเพิ่มแบนด์วิดท์อย่างมีนัยสำคัญ ข้อดีเหล่านี้ทำให้ CPO เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับระบบ HPC ที่ใช้พลังงานมากและประหยัดพลังงาน

** ตลาดสำคัญที่ต้องดู: **

ตลาดหลักที่ขับเคลื่อนการพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D นั้นไม่ต้องสงสัยเลยว่าภาคการคำนวณประสิทธิภาพสูง (HPC) วิธีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเอาชนะข้อ จำกัด ของกฎหมายของมัวร์ทำให้ทรานซิสเตอร์หน่วยความจำและการเชื่อมต่อระหว่างกันมากขึ้นภายในแพ็คเกจเดียว การสลายตัวของชิปยังช่วยให้การใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสมของโหนดกระบวนการระหว่างบล็อกการทำงานที่แตกต่างกันเช่นการแยกบล็อก I/O ออกจากบล็อกการประมวลผลเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม

นอกเหนือจากการคำนวณประสิทธิภาพสูง (HPC) ตลาดอื่น ๆ ก็คาดว่าจะบรรลุการเติบโตผ่านการใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง ในภาค 5G และ 6G นวัตกรรมเช่นเสาอากาศบรรจุภัณฑ์และโซลูชั่นชิปที่ทันสมัยจะกำหนดอนาคตของสถาปัตยกรรมเครือข่ายการเข้าถึงไร้สาย (RAN) ยานพาหนะอัตโนมัติจะได้รับประโยชน์เช่นกันเนื่องจากเทคโนโลยีเหล่านี้สนับสนุนการรวมตัวของห้องสวีทเซ็นเซอร์และหน่วยคอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผลข้อมูลจำนวนมากในขณะที่มั่นใจความปลอดภัยความน่าเชื่อถือความกะทัดรัดพลังงานและการจัดการความร้อนและความคุ้มค่า

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (รวมถึงสมาร์ทโฟน, สมาร์ทวอทช์, อุปกรณ์ AR/VR, พีซีและเวิร์กสเตชัน) มุ่งเน้นไปที่การประมวลผลข้อมูลมากขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กมากขึ้นแม้จะมีค่าใช้จ่ายมากขึ้น บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงจะมีบทบาทสำคัญในแนวโน้มนี้แม้ว่าวิธีการบรรจุอาจแตกต่างจากที่ใช้ใน HPC