A félvezető csomagolás a hagyományos 1D NYÁK-kialakítástól a lapkaszinten az élvonalbeli 3D hibrid kötésig fejlődött. Ez a fejlesztés lehetővé teszi az egyjegyű mikronos tartományban az összekapcsolási távolságot, akár 1000 GB/s sávszélességgel, miközben megőrzi a magas energiahatékonyságot. A fejlett félvezető-csomagolási technológiák középpontjában a 2,5D-s csomagolás (ahol az összetevőket egy közbenső rétegen egymás mellett helyezkednek el) és a 3D-s csomagolás (amely magában foglalja az aktív chipek függőleges egymásra helyezését) alkotja. Ezek a technológiák kulcsfontosságúak a HPC-rendszerek jövője szempontjából.
A 2.5D csomagolási technológia különféle köztes réteganyagokat foglal magában, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A szilícium (Si) közbenső rétegek, beleértve a teljesen passzív szilícium lapkákat és a lokalizált szilíciumhidakat, arról ismertek, hogy a legjobb vezetékezési lehetőségeket biztosítják, így ideálisak a nagy teljesítményű számítástechnikához. Mindazonáltal költségesek az anyagok és a gyártás tekintetében, és a csomagolás területén korlátozottak. E problémák mérséklése érdekében a lokalizált szilíciumhidak használata növekszik, stratégiailag szilíciumot alkalmazva ott, ahol a finom funkcionalitás kritikus fontosságú a területi korlátok kezelése mellett.
A szerves közbenső rétegek, amelyek kifújható öntött műanyagokat használnak, a szilícium költséghatékonyabb alternatíváját jelentik. Alacsonyabb dielektromos állandójuk van, ami csökkenti az RC késleltetést a csomagban. Ezen előnyök ellenére a szerves közvetítő rétegek küzdenek azért, hogy ugyanolyan szintű összekapcsolási funkciókat csökkentsenek, mint a szilícium alapú csomagolás, ami korlátozza alkalmazásukat a nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazásokban.
Az üveg közbenső rétegek jelentős érdeklődést váltottak ki, különösen azt követően, hogy az Intel nemrégiben piacra dobta az üveg alapú tesztjárművek csomagolását. 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 szilíciummal összemérhető vezetékezési képességekkel rendelkező közbenső rétegekhez. A technikai kihívásoktól eltekintve azonban az üveg közbenső rétegek fő hátránya az éretlen ökoszisztéma és a nagyüzemi termelési kapacitás jelenlegi hiánya. Ahogy az ökoszisztéma érik és a termelési képességek javulnak, a félvezető-csomagolás üvegalapú technológiái további növekedést és elterjedést tapasztalhatnak.
A 3D-s csomagolástechnológia szempontjából a Cu-Cu ütközésmentes hibrid kötés vezető innovatív technológiává válik. Ez a fejlett technika a dielektromos anyagok (mint például a SiO2) és a beágyazott fémek (Cu) kombinálásával állandó összeköttetéseket biztosít. A Cu-Cu hibrid kötés 10 mikron alatti távolságokat érhet el, jellemzően egyszámjegyű mikron tartományban, ami jelentős előrelépést jelent a hagyományos, körülbelül 40-50 mikron közötti ütéstávolságú mikro-bump technológiához képest. A hibrid kötés előnyei közé tartozik a megnövelt I/O, a megnövelt sávszélesség, a jobb 3D függőleges halmozás, a jobb energiahatékonyság, valamint az alsó töltés hiánya miatt csökkent élősködő hatások és hőállóság. Ennek a technológiának a gyártása azonban bonyolult, és magasabb költségekkel jár.
A 2.5D és 3D csomagolási technológiák különböző csomagolási technikákat ölelnek fel. A 2.5D csomagolásban a köztes réteg anyagok megválasztásától függően a fenti ábrán látható módon szilícium alapú, szerves alapú és üveg alapú köztes rétegekre osztható. A 3D-s csomagolásban a micro-bump technológia fejlesztése a távolsági méretek csökkentését célozza, de ma már a hibrid kötési technológia (közvetlen Cu-Cu kapcsolódási módszer) átvételével egy számjegyű távolsági méretek érhetők el, ami jelentős előrelépést jelent a területen. .
**A legfontosabb figyelendő technológiai trendek:**
1. **Nagyobb közbülső rétegek:** Az IDTechEx korábban azt jósolta, hogy a 3-szoros keresztirányú mérethatárt túllépő szilícium közbenső rétegek nehézségei miatt hamarosan a 2,5D szilícium hídmegoldások váltják fel a szilícium közbenső rétegeket, mint elsődleges választást a HPC chipek csomagolására. A TSMC a 2,5D szilícium közbenső rétegek fő szállítója az NVIDIA és más vezető HPC-fejlesztők, például a Google és az Amazon számára, és a vállalat nemrégiben bejelentette, hogy tömeggyártást indít első generációs CoWoS_L-je 3,5-szeres méretű irányzékával. Az IDTechEx arra számít, hogy ez a tendencia folytatódni fog, és a jelentésben a főbb szereplőkre vonatkozó további előrelépéseket is tárgyalja.
2. **Panelszintű csomagolás:** A 2024-es tajvani nemzetközi félvezető-kiállításon kiemelt hangsúlyt kapott a panelszintű csomagolás. Ez a csomagolási módszer lehetővé teszi nagyobb köztes rétegek használatát, és több csomag egyidejű előállításával segít a költségek csökkentésében. A benne rejlő lehetőségek ellenére az olyan kihívásokkal, mint például a vetemedések kezelése, továbbra is foglalkozni kell. Egyre nagyobb előtérbe kerülése a nagyobb, költséghatékonyabb közvetítő rétegek iránti növekvő keresletet tükrözi.
3. **Üveg közbenső rétegek:** Az üveg a szilíciummal összehasonlítható finom huzalozás erős jelöltanyagává válik, további előnyökkel, például állítható CTE-vel és nagyobb megbízhatósággal. Az üveg közbenső rétegek kompatibilisek a panelszintű csomagolással is, ami lehetővé teszi a nagy sűrűségű vezetékezést, kezelhetőbb költségek mellett, így ígéretes megoldást jelent a jövő csomagolási technológiái számára.
4. **HBM hibrid kötés:** A 3D réz-réz (Cu-Cu) hibrid kötés kulcsfontosságú technológia a chipek közötti ultrafinom osztású függőleges összeköttetések eléréséhez. Ezt a technológiát különféle csúcskategóriás kiszolgálótermékekben használták, beleértve az AMD EPYC-t a halmozott SRAM-okhoz és CPU-khoz, valamint az MI300-as sorozatot a CPU/GPU blokkok egymásra helyezéséhez I/O-lemezeken. A hibrid kötés várhatóan döntő szerepet játszik majd a HBM jövőbeli fejlesztéseiben, különösen a 16-Hi vagy 20-Hi réteget meghaladó DRAM-veremeknél.
5. **Co-Packaged Optical Devices (CPO):** A nagyobb adatátviteli sebesség és energiahatékonyság iránti növekvő igény miatt az optikai összekapcsolási technológia jelentős figyelmet kapott. A co-packed optikai eszközök (CPO) kulcsfontosságú megoldássá válnak az I/O sávszélesség növelésében és az energiafogyasztás csökkentésében. A hagyományos elektromos átvitelhez képest az optikai kommunikáció számos előnnyel jár, beleértve a kisebb jelgyengülést nagy távolságokon, az áthallás érzékenységét és a jelentősen megnövelt sávszélességet. Ezek az előnyök a CPO-t ideális választássá teszik az adatintenzív, energiahatékony HPC-rendszerekhez.
**A legfontosabb figyelendő piacok:**
A 2,5D és 3D csomagolási technológiák fejlesztésének elsődleges piaca kétségtelenül a nagy teljesítményű számítástechnikai (HPC) szektor. Ezek a fejlett csomagolási módszerek kulcsfontosságúak a Moore-törvény korlátainak leküzdéséhez, több tranzisztort, memóriát és összekapcsolást tesznek lehetővé egyetlen csomagon belül. A chipek lebontása a folyamat csomópontjainak optimális kihasználását is lehetővé teszi 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 piacokon is növekedés várható a fejlett csomagolási technológiák bevezetésével. Az 5G és 6G szektorban az olyan innovációk, mint a csomagolóantennák és az élvonalbeli chip-megoldások alakítják majd a vezeték nélküli hozzáférési hálózati (RAN) architektúrák jövőjét. Az autonóm járművek is előnyösek lesznek, mivel ezek a technológiák támogatják az érzékelőcsomagok és számítási egységek integrációját nagy mennyiségű adat feldolgozásához, miközben biztosítják a biztonságot, a megbízhatóságot, a kompaktságot, az energia- és hőkezelést, valamint a költséghatékonyságot.
A fogyasztói elektronikai cikkek (beleértve az okostelefonokat, okosórákat, AR/VR-eszközöket, PC-ket és munkaállomásokat) egyre inkább arra összpontosítanak, hogy több adatot dolgozzanak fel kisebb helyeken, annak ellenére, hogy nagyobb hangsúlyt fektetnek a költségekre. A fejlett félvezető csomagolás kulcsszerepet játszik ebben a tendenciában, bár a csomagolási módszerek eltérhetnek a HPC-ben használtaktól.
Feladás időpontja: 2024.10.25