Semiconductor-verpakking is geëvolueerd van traditionele 1D PCB-ontwerpen tot geavanceerde 3D-hybride binding op het waferniveau. Deze vooruitgang maakt interconnectafstand mogelijk in het micronbereik met één cijfer, met bandbreedtes tot 1000 GB/s, met behoud van een hoge energie-efficiëntie. In de kern van geavanceerde halfgeleiderverpakkingstechnologieën zijn 2,5D -verpakkingen (waarbij componenten naast elkaar worden geplaatst op een intermediaire laag) en 3D -verpakkingen (waarbij verticaal actieve chips worden gestapeld). Deze technologieën zijn cruciaal voor de toekomst van HPC -systemen.
2.5D -verpakkingstechnologie omvat verschillende tussenliggende laagmaterialen, elk met eigen voor- en nadelen. Silicium (SI) intermediaire lagen, waaronder volledig passieve siliciumwafels en gelokaliseerde siliciumbruggen, staan erom bekend de beste bedradingsmogelijkheden te bieden, waardoor ze ideaal zijn voor high-performance computing. Ze zijn echter duur in termen van materialen en productie en gezichtsbeperkingen in het verpakkingsgebied. Om deze problemen te verzachten, neemt het gebruik van gelokaliseerde siliciumbruggen toe, waardoor silicium strategisch wordt gebruikt, waarbij fijne functionaliteit van cruciaal belang is en tegelijkertijd de beperkingen van het gebied aanpakt.
Organische intermediaire lagen, met behulp van fan-out gegoten kunststoffen, zijn een meer kosteneffectief alternatief voor silicium. Ze hebben een lagere diëlektrische constante, die de RC -vertraging in het pakket vermindert. Ondanks deze voordelen worstelen organische intermediaire lagen om hetzelfde niveau van interconnect-kenmerkreductie te bereiken als op siliconen gebaseerde verpakkingen, waardoor hun acceptatie in krachtige computertoepassingen wordt beperkt.
Glazen intermediaire lagen hebben veel belangstelling gewekt, vooral na de recente lancering van Intel van op glas gebaseerde testvoertuigverpakkingen. Glas biedt verschillende voordelen, zoals een verstelbare coëfficiënt van thermische expansie (CTE), hoge dimensionale stabiliteit, gladde en platte oppervlakken en de mogelijkheid om paneelproductie te ondersteunen, waardoor het een veelbelovende kandidaat is voor intermediaire lagen met bedradingmogelijkheden vergelijkbaar met silicium. Afgezien van technische uitdagingen, is het belangrijkste nadeel van glazen intermediaire lagen echter het onrijpe ecosysteem en het huidige gebrek aan grootschalige productiecapaciteit. Naarmate het ecosysteem rijpt en productiemogelijkheden verbeteren, kunnen op glas gebaseerde technologieën in halfgeleidersverpakkingen verdere groei en acceptatie zien.
In termen van 3D-verpakkingstechnologie wordt Cu-Cu-bumble-less hybride binding een toonaangevende innovatieve technologie. Deze geavanceerde techniek bereikt permanente verbindingen door diëlektrische materialen (zoals SiO2) te combineren met ingebedde metalen (Cu). Cu-Cu hybride binding kan afstanden onder de 10 micron bereiken, meestal in het micronbereik met één cijfer, wat een aanzienlijke verbetering van de traditionele micro-bump-technologie vertegenwoordigt, die stootafstanden van ongeveer 40-50 micron heeft. De voordelen van hybride binding omvatten verhoogde I/O, verbeterde bandbreedte, verbeterde 3D -verticale stapel, betere vermogensefficiëntie en verminderde parasitaire effecten en thermische weerstand vanwege de afwezigheid van bodemvulling. Deze technologie is echter complex om te produceren en heeft hogere kosten.
2.5D- en 3D -verpakkingstechnologieën omvatten verschillende verpakkingstechnieken. In 2.5D-verpakkingen kan het, afhankelijk van de keuze van materialen voor intermediaire laag, worden gecategoriseerd in op siliconen gebaseerde, op organische gebaseerde en op glas gebaseerde intermediaire lagen, zoals weergegeven in de bovenstaande figuur. In 3D-verpakkingen is de ontwikkeling van micro-bump-technologie gericht op het verminderen van afstandsdimensies, maar vandaag, door het gebruik van hybride bindingstechnologie (een directe Cu-Cu-verbindingsmethode), kunnen dimensies met één cijfer worden bereikt, waardoor aanzienlijke vooruitgang in het veld wordt gemarkeerd.
** Belangrijkste technologische trends om te bekijken: **
1. ** Grotere intermediaire laaggebieden: ** IDTeChex voorspelde eerder dat vanwege de moeilijkheid van silicium intermediaire lagen die een limiet van 3x dradenkruisgrootte overschrijden, 2,5D siliciumbrugoplossingen binnenkort silicium intermediaire lagen zouden vervangen als de primaire keuze voor het verpakken van HPC -chips. TSMC is een belangrijke leverancier van 2,5D silicium intermediaire lagen voor NVIDIA en andere toonaangevende HPC-ontwikkelaars zoals Google en Amazon, en het bedrijf heeft onlangs de massaproductie van zijn eerste generatie Cowos_L aangekondigd met een 3,5x dradenkruisgrootte. IDTECHEX verwacht dat deze trend zal doorgaan, met verdere vorderingen die in haar rapport worden besproken over grote spelers.
2. ** Verpakking op paneelniveau: ** Verpakking op paneelniveau is een belangrijke focus geworden, zoals benadrukt op de Taiwan International Semiconductor-tentoonstelling 2024. Deze verpakkingsmethode maakt het gebruik van grotere intermediaire lagen mogelijk en helpt de kosten te verlagen door meer pakketten tegelijkertijd te produceren. Ondanks het potentieel moeten uitdagingen zoals Warpage Management nog steeds worden aangepakt. De toenemende bekendheid ervan weerspiegelt de groeiende vraag naar grotere, kosteneffectievere intermediaire lagen.
3. ** Glazen intermediaire lagen: ** Glas komt op als een sterk kandidaatmateriaal voor het bereiken van fijne bedrading, vergelijkbaar met silicium, met aanvullende voordelen zoals instelbare CTE en hogere betrouwbaarheid. Glazen intermediaire lagen zijn ook compatibel met verpakkingen op paneelniveau en bieden het potentieel voor bedrading met hoge dichtheid tegen meer beheersbare kosten, waardoor het een veelbelovende oplossing is voor toekomstige verpakkingstechnologieën.
4. ** HBM Hybrid Bonding: ** 3D Copper-Copper (Cu-Cu) Hybrid Bonding is een belangrijke technologie voor het bereiken van ultrafijne pitch verticale onderlinge verbindingen tussen chips. Deze technologie is gebruikt in verschillende high-end server-producten, waaronder AMD EPYC voor gestapelde SRAM en CPU's, evenals de MI300-serie voor het stapelen van CPU/GPU-blokken op I/O-sterft. Hybride binding zal naar verwachting een cruciale rol spelen bij toekomstige HBM-vooruitgang, vooral voor DRAM-stapels van meer dan 16-Hi of 20-Hi lagen.
5. ** Co-packed optische apparaten (CPO): ** Met de groeiende vraag naar hogere gegevensdoorvoer en vermogensefficiëntie heeft optische interconnectietechnologie veel aandacht gekregen. Co-packed optische apparaten (CPO) worden een belangrijke oplossing voor het verbeteren van de I/O-bandbreedte en het verminderen van het energieverbruik. In vergelijking met traditionele elektrische transmissie biedt optische communicatie verschillende voordelen, waaronder lagere signaalverzwakking over lange afstanden, verminderde gevoeligheid van het overspraak en de aanzienlijk verhoogde bandbreedte. Deze voordelen maken van CPO een ideale keuze voor data-intensieve, energiezuinige HPC-systemen.
** Belangrijke markten om naar te kijken: **
De primaire markt die de ontwikkeling van 2.5D- en 3D-verpakkingstechnologieën stimuleert, is ongetwijfeld de high-performance computing (HPC) sector. Deze geavanceerde verpakkingsmethoden zijn cruciaal voor het overwinnen van de beperkingen van de wet van Moore, waardoor meer transistors, geheugen en onderlinge verbindingen binnen een enkel pakket mogelijk worden. De ontleding van chips maakt ook een optimaal gebruik van procesknooppunten tussen verschillende functionele blokken mogelijk, zoals het scheiden van I/O -blokken van verwerkingsblokken, waardoor de efficiëntie verder wordt verbeterd.
Naast high-performance computing (HPC), wordt van andere markten verwacht dat ze ook groei zullen bereiken door de acceptatie van geavanceerde verpakkingstechnologieën. In de 5G- en 6G-sectoren zullen innovaties zoals verpakkingsantennes en geavanceerde chipoplossingen de toekomst van Wireless Access Network (RAN) architecturen vormgeven. Autonome voertuigen zullen ook profiteren, omdat deze technologieën de integratie van sensoruites en computer-eenheden ondersteunen om grote hoeveelheden gegevens te verwerken en tegelijkertijd veiligheid, betrouwbaarheid, compactheid, stroom en thermisch beheer en kosteneffectiviteit te waarborgen.
Consumentenelektronica (inclusief smartphones, smartwatches, AR/VR -apparaten, pc's en werkstations) zijn in toenemende mate gericht op het verwerken van meer gegevens in kleinere ruimtes, ondanks een grotere nadruk op kosten. Geavanceerde halfgeleiderverpakking zal een sleutelrol spelen in deze trend, hoewel de verpakkingsmethoden kunnen verschillen van die welke in HPC worden gebruikt.
Posttijd: oktober 07-2024