A félvezető tokozás a hagyományos 1D NYÁK-kialakításoktól a wafer szintű élvonalbeli 3D hibrid kötésig fejlődött. Ez a fejlesztés lehetővé teszi az összekötőelemek egyszámjegyű mikronos tartományban történő kiosztását, akár 1000 GB/s sávszélességgel, miközben magas energiahatékonyságot is fenntart. A fejlett félvezető tokozási technológiák középpontjában a 2,5D tokozás (ahol az alkatrészeket egy közbenső rétegen egymás mellé helyezik) és a 3D tokozás (amely az aktív chipek függőleges egymásra halmozását jelenti) áll. Ezek a technológiák kulcsfontosságúak a HPC-rendszerek jövője szempontjából.
A 2.5D tokozási technológia különféle közbenső réteg anyagokat alkalmaz, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A szilícium (Si) közbenső rétegek, beleértve a teljesen passzív szilícium ostyákat és a lokalizált szilícium hidakat, a legjobb vezetékezési képességeikről ismertek, így ideálisak a nagy teljesítményű számítástechnikához. Azonban anyag- és gyártási költségeik vannak, és a tokozási terület korlátozott. Ezen problémák enyhítése érdekében egyre inkább elterjedt a lokalizált szilícium hidak használata, stratégiailag olyan szilíciumot alkalmazva, ahol a finom funkcionalitás kritikus fontosságú, miközben a területi korlátokat is figyelembe veszik.
A legyező alakúra öntött műanyagokból készült szerves közbenső rétegek költséghatékonyabb alternatívát jelentenek a szilíciummal szemben. Alacsonyabb dielektromos állandóval rendelkeznek, ami csökkenti az RC késleltetést a tokozásban. Ezen előnyök ellenére a szerves közbenső rétegek nehezen érik el ugyanolyan szintű összekapcsolási jellemzőcsökkentést, mint a szilícium alapú tokozások, ami korlátozza elterjedésüket a nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazásokban.
Az üveg közbenső rétegek jelentős érdeklődésre tettek szert, különösen az Intel nemrégiben bemutatott üvegalapú tesztjármű-tokolását követően. Az üveg számos előnnyel rendelkezik, mint például az állítható hőtágulási együttható (CTE), a nagy méretstabilitás, a sima és sík felületek, valamint a panelgyártás támogatásának képessége, így ígéretes jelölt a közbenső rétegek számára, a szilíciumhoz hasonló vezetékezési képességekkel. A technikai kihívásokon kívül azonban az üveg közbenső rétegek fő hátránya az éretlen ökoszisztéma és a nagyméretű termelési kapacitás jelenlegi hiánya. Ahogy az ökoszisztéma érik és a termelési képességek javulnak, az üvegalapú technológiák a félvezető tokozásban további növekedést és elterjedést mutathatnak.
A 3D tokozási technológia tekintetében a Cu-Cu bump-mentes hibrid kötés egyre vezető innovatív technológiává válik. Ez a fejlett technika állandó összekapcsolásokat ér el dielektromos anyagok (például SiO2) és beágyazott fémek (Cu) kombinálásával. A Cu-Cu hibrid kötéssel 10 mikron alatti, jellemzően az egyszámjegyű mikronos tartományban lévő bump-közök érhetők el, ami jelentős javulást jelent a hagyományos mikrobump technológiához képest, amelynek bump-közei körülbelül 40-50 mikron. A hibrid kötés előnyei közé tartozik a megnövelt I/O, a megnövelt sávszélesség, a jobb 3D függőleges egymásra rakás, a jobb energiahatékonyság, valamint a parazita hatások és a hőállóság csökkenése az alsó töltés hiánya miatt. Ez a technológia azonban bonyolultan gyártható és magasabb költségekkel jár.
A 2,5D és 3D csomagolási technológiák különféle csomagolási technikákat foglalnak magukban. A 2,5D csomagolásban a közbenső réteg anyagainak megválasztásától függően a közbenső rétegek szilíciumalapú, szerves alapú és üvegalapú közbenső rétegekre oszthatók, ahogy az a fenti ábrán is látható. A 3D csomagolásban a mikrodudoros technológia fejlesztése a térközméretek csökkentését célozza, de ma már a hibrid kötési technológia (közvetlen Cu-Cu csatlakozási módszer) alkalmazásával egyszámjegyű térközméretek is elérhetők, ami jelentős előrelépést jelent a területen.
**Figyelendő legfontosabb technológiai trendek:**
1. **Nagyobb közbenső réteg területek:** Az IDTechEx korábban azt jósolta, hogy mivel a szilícium közbenső rétegek nehezen haladhatják meg a 3-szoros szálkeresztméret-korlátot, a 2,5D-s szilíciumhíd-megoldások hamarosan felváltják a szilícium közbenső rétegeket, mint elsődleges választást a HPC-chipek csomagolásához. A TSMC a 2,5D-s szilícium közbenső rétegek egyik fő szállítója az NVIDIA és más vezető HPC-fejlesztők, például a Google és az Amazon számára, és a vállalat nemrégiben bejelentette első generációs CoWoS_L sorozatgyártását 3,5-szeres szálkeresztmérettel. Az IDTechEx arra számít, hogy ez a tendencia folytatódni fog, és a főbb szereplőket felölelő jelentésében további fejlesztéseket is tárgyal.
2. **Panelszintű csomagolás:** A panelszintű csomagolás jelentős hangsúlyt kapott, amint azt a 2024-es Tajvani Nemzetközi Félvezető Kiállításon is kiemelték. Ez a csomagolási módszer lehetővé teszi nagyobb közbenső rétegek használatát, és több tokozás egyidejű előállításával segít csökkenteni a költségeket. A benne rejlő lehetőségek ellenére olyan kihívásokkal, mint a vetemedés kezelése, továbbra is foglalkozni kell. Egyre növekvő jelentősége a nagyobb, költséghatékonyabb közbenső rétegek iránti növekvő igényt tükrözi.
3. **Üveg közbenső rétegek:** Az üveg egyre népszerűbb anyag a finom huzalozás megvalósítására, összehasonlítva a szilíciummal, további előnyökkel, mint például az állítható hőtágulási együttható (CTE) és a nagyobb megbízhatóság. Az üveg közbenső rétegek kompatibilisek a panel szintű tokozással is, így nagy sűrűségű huzalozást tesznek lehetővé kezelhetőbb költségek mellett, így ígéretes megoldást jelentenek a jövőbeli csomagolási technológiák számára.
4. **HBM hibrid kötés:** A 3D réz-réz (Cu-Cu) hibrid kötés kulcsfontosságú technológia a chipek közötti ultrafinom osztásközű függőleges összeköttetések eléréséhez. Ezt a technológiát számos csúcskategóriás szervertermékben használták, beleértve az AMD EPYC-t az egymásra rakott SRAM-okhoz és CPU-khoz, valamint az MI300 sorozatot a CPU/GPU blokkok I/O chipekre történő egymásra rakásához. A hibrid kötés várhatóan kulcsszerepet játszik majd a jövőbeli HBM fejlesztésekben, különösen a 16-Hi vagy 20-Hi réteget meghaladó DRAM-kötegek esetében.
5. **Együtt csomagolt optikai eszközök (CPO):** A nagyobb adatátviteli sebesség és energiahatékonyság iránti növekvő igény miatt az optikai összekapcsolási technológia jelentős figyelmet kapott. Az együt csomagolt optikai eszközök (CPO) egyre kulcsfontosságú megoldássá válnak az I/O sávszélesség növelésére és az energiafogyasztás csökkentésére. A hagyományos elektromos átvitellel összehasonlítva az optikai kommunikáció számos előnnyel jár, beleértve az alacsonyabb jelcsillapítást nagy távolságokon, a csökkentett áthallási érzékenységet és a jelentősen megnövelt sávszélességet. Ezek az előnyök ideális választássá teszik a CPO-t az adatintenzív, energiahatékony HPC rendszerekhez.
**Figyelendő főbb piacok:**
A 2,5D és 3D tokozási technológiák fejlesztésének elsődleges piaca kétségtelenül a nagy teljesítményű számítástechnika (HPC) szektor. Ezek a fejlett tokozási módszerek kulcsfontosságúak Moore törvényének korlátainak leküzdéséhez, lehetővé téve több tranzisztor, memória és összeköttetés elhelyezését egyetlen tokozásban. A chipek szétválasztása lehetővé teszi a folyamatcsomópontok optimális kihasználását a különböző funkcionális blokkok között, például az I/O blokkok elválasztását a feldolgozó blokkoktól, tovább növelve a hatékonyságot.
A nagy teljesítményű számítástechnika (HPC) mellett más piacok is várhatóan növekedést fognak elérni a fejlett tokozási technológiák bevezetésének köszönhetően. Az 5G és 6G szektorokban az olyan innovációk, mint a tokozási antennák és a legmodernebb chipmegoldások alakítják majd a vezeték nélküli hozzáférési hálózati (RAN) architektúrák jövőjét. Az önvezető járművek is profitálnak ebből, mivel ezek a technológiák támogatják az érzékelőkészletek és a számítási egységek integrációját nagy mennyiségű adat feldolgozása érdekében, miközben biztosítják a biztonságot, a megbízhatóságot, a kompakt méretet, az energia- és hőgazdálkodást, valamint a költséghatékonyságot.
A szórakoztatóelektronikai eszközök (beleértve az okostelefonokat, okosórákat, AR/VR eszközöket, PC-ket és munkaállomásokat) egyre inkább a nagyobb mennyiségű adat feldolgozására összpontosítanak kisebb helyeken, a költségekre helyezett nagyobb hangsúly ellenére. A fejlett félvezető tokozás kulcsszerepet játszik majd ebben a trendben, bár a tokozási módszerek eltérhetnek a HPC-ben használtaktól.
Közzététel ideje: 2024. október 7.