أخبار الصناعة: اتجاهات تكنولوجيا التغليف المتقدمة

تطورت تغليف أشباه الموصلات من تصميمات PCB التقليدية 1D إلى الترابط الهجين ثلاثي الأبعاد المتطور على مستوى الرقاقة. يتيح هذا التقدم تباعد الترابط في نطاق ميكرون واحد من رقمين ، مع عرض النطاق الترددي يصل إلى 1000 جيجابايت/ثانية ، مع الحفاظ على كفاءة الطاقة العالية. في صميم تقنيات التغليف المتقدمة في أشباه الموصلات هي عبوة 2.5D (حيث يتم وضع المكونات جنبًا إلى جنب على طبقة وسيطة) والتعبئة ثلاثية الأبعاد (التي تتضمن تكديس رقائق نشطة رأسيًا). هذه التقنيات حاسمة لمستقبل أنظمة HPC.

تتضمن تقنية التعبئة والتغليف 2.5D مواد طبقة وسيطة مختلفة ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. تشتهر الطبقات الوسيطة السيليكون (SI) ، بما في ذلك رقائق السيليكون السلبية تمامًا وجسور السيليكون الموضعية ، بتوفير أفضل قدرات الأسلاك ، مما يجعلها مثالية للحوسبة عالية الأداء. ومع ذلك ، فهي مكلفة من حيث المواد والتصنيع وقيود الوجه في منطقة التعبئة والتغليف. للتخفيف من هذه المشكلات ، يزداد استخدام جسور السيليكون المترجمة ، ويعمل بشكل استراتيجي على السيليكون حيث تكون الوظائف الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية أثناء معالجة قيود المنطقة.

تعد الطبقات الوسيطة العضوية ، باستخدام المواد البلاستيكية المصبوبة للمروحة ، بديلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة للسيليكون. لديهم ثابت عازلة أقل ، مما يقلل من تأخير RC في الحزمة. على الرغم من هذه المزايا ، تكافح الطبقات الوسيطة العضوية من أجل تحقيق نفس المستوى من تقليل ميزة التوصيل البيني كتعبئة قائمة على السيليكون ، مما يحد من تبنيها في تطبيقات الحوسبة عالية الأداء.

اكتسبت الطبقات الوسيطة الزجاجية اهتمامًا كبيرًا ، خاصة بعد إطلاق Intel الأخيرة لتغليف مركبات الاختبار القائم على الزجاج. يوفر Glass العديد من المزايا ، مثل معامل التوسع الحراري القابل للتعديل (CTE) ، والاستقرار العالي الأبعاد ، والأسطح السلسة والمسطحة ، والقدرة على دعم تصنيع الألواح ، مما يجعله مرشحًا واعد للطبقات الوسيطة ذات إمكانات الأسلاك المماثلة للسيليكون. ومع ذلك ، بصرف النظر عن التحديات التقنية ، فإن العيب الرئيسي للطبقات الوسيطة الزجاجية هو النظام الإيكولوجي غير الناضج والافتقار الحالي إلى القدرة الإنتاجية على نطاق واسع. مع تحسن النظام الإيكولوجي ويحسن إمكانات الإنتاج ، قد تشهد التقنيات القائمة على الزجاج في عبوة أشباه الموصلات مزيدًا من النمو والتبني.

فيما يتعلق بتكنولوجيا التغليف ثلاثية الأبعاد ، أصبحت الترابط الهجين أقل من CU-CU بمثابة تقنية مبتكرة رائدة. تحقق هذه التقنية المتقدمة عن ترابط دائم من خلال الجمع بين المواد العازلة (مثل SiO2) مع المعادن المدمجة (CU). يمكن أن يحقق الترابط الهجين CU-CU الفواصل التي تقل عن 10 ميكرون ، عادةً في نطاق ميكرون واحد من رقمين ، مما يمثل تحسنا كبيراً على تقنية القمامة الدقيقة التقليدية ، والتي تتراوح من حوالي 40-50 ميكرون. تشمل مزايا الترابط الهجين زيادة الإدخال/الإخراج ، وعرض النطاق الترددي المحسّن ، والتكديس الرأسي ثلاثي الأبعاد المحسّن ، وكفاءة أفضل للطاقة ، وانخفاض التأثيرات الطفيلية والمقاومة الحرارية بسبب عدم ملء القاع. ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا معقدة لتصنيعها ولها تكاليف أعلى.

تقنيات التعبئة والتغليف 2.5D و 3D تشمل العديد من تقنيات التغليف. في عبوة 2.5D ، اعتمادًا على اختيار مواد الطبقة الوسيطة ، يمكن تصنيفها إلى طبقات وسيلة تعتمد على السيليكون ، والعضوية ، والزجاجية ، كما هو موضح في الشكل أعلاه. في العبوة ثلاثية الأبعاد ، يهدف تطوير تقنية القمامة الصغيرة إلى تقليل أبعاد التباعد ، ولكن اليوم ، من خلال تبني تكنولوجيا الترابط الهجين (طريقة اتصال CU-CU مباشرة) ، يمكن تحقيق أبعاد تباعد من رقمين ، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في هذا المجال.

** الاتجاهات التكنولوجية الرئيسية لمشاهدة: **

1. ** مناطق الطبقة الوسيطة الأكبر: ** توقعت سابقًا أنه بسبب صعوبة الطبقات الوسيطة السيليكون التي تتجاوز الحد الأقصى لحجم شبكية 3x ، فإن حلول جسر السيليكون 2.5D ستحل قريبًا محل طبقات الوسيطة السيليكون كخيار أساسي لبطاطا HPC. TSMC هي المورد الرئيسي للطبقات الوسيطة من السيليكون 2.5D لـ NVIDIA وغيرها من مطوري HPC الرائدين مثل Google و Amazon ، وأعلنت الشركة مؤخرًا الإنتاج الضخم من الجيل الأول Cowos_L بحجم شبكية 3.5x. تتوقع Idtechex أن يستمر هذا الاتجاه ، مع مناقشة المزيد من التطورات في تقريرها الذي يغطي اللاعبين الرئيسيين.

2. ** العبوة على مستوى اللوحة: أصبحت العبوة على مستوى اللوحة بمثابة محور كبير ، كما هو موضح في معرض تايوان الدولي لأشباه الموصلات 2024. تتيح طريقة التغليف هذه استخدام طبقات وسيطة أكبر وتساعد على تقليل التكاليف عن طريق إنتاج المزيد من الحزم في وقت واحد. على الرغم من إمكاناتها ، لا تزال هناك حاجة إلى معالجة التحديات مثل إدارة الصفحات الحربية. يعكس بروزه المتزايد الطلب المتزايد على الطبقات الوسيطة الأكبر والأكثر فعالية من حيث التكلفة.

3. ** الطبقات الوسيطة الزجاجية: ** يظهر الزجاج كمواد مرشح قوية لتحقيق الأسلاك الدقيقة ، مماثلة للسيليكون ، مع مزايا إضافية مثل CTE القابلة للتعديل وموثوقية أعلى. تتوافق الطبقات الوسيطة الزجاجية أيضًا مع عبوة على مستوى اللوحة ، مما يوفر إمكانية وجود أسلاك عالية الكثافة بتكاليف أكثر قابلية للإدارة ، مما يجعلها حلاً واعداً لتقنيات التغليف المستقبلية.

4. ** HBM Hybrid Bonding: ** الترابط الهجين النحاسي 3D (CU-CU) هو تقنية أساسية لتحقيق الترابط الرأسي الرأسي فائق الملعب بين الرقائق. تم استخدام هذه التكنولوجيا في مختلف منتجات الخادم المتطورة ، بما في ذلك AMD EPYC لـ SRAM المكدسة ووحدات المعالجة المركزية ، بالإضافة إلى سلسلة MI300 لتكديس كتل وحدة المعالجة المركزية/GPU على موت I/O. من المتوقع أن تلعب الترابط الهجين دورًا حاسمًا في تطورات HBM المستقبلية ، وخاصة بالنسبة إلى مداخن DRAM التي تتجاوز 16 Hi أو 20 Hi.

5. ** الأجهزة البصرية المعبأة في المشاركة (CPO): ** مع الطلب المتزايد على إنتاجية أعلى للبيانات وكفاءة الطاقة ، اكتسبت تقنية التوصيل البصري اهتمامًا كبيرًا. أصبحت الأجهزة البصرية المعبأة (CPO) حلاً رئيسيًا لتعزيز عرض النطاق الترددي I/O وتقليل استهلاك الطاقة. بالمقارنة مع الإرسال الكهربائي التقليدي ، يوفر الاتصال البصري العديد من المزايا ، بما في ذلك انخفاض توهين الإشارة على مسافات طويلة ، وتقليل حساسية المتبادل الحرفي ، وزيادة عرض النطاق الترددي بشكل كبير. هذه المزايا تجعل CPO خيارًا مثاليًا لأنظمة HPC كثيفة البيانات وفعالة للطاقة.

** الأسواق الرئيسية لمشاهدة: **

السوق الأساسي الذي يقود تطوير تقنيات التغليف 2.5D و 3D هو بلا شك قطاع الحوسبة عالية الأداء (HPC). تعتبر طرق التغليف المتقدمة هذه حاسمة للتغلب على قيود قانون مور ، مما يتيح المزيد من الترانزستورات والذاكرة والترابط داخل حزمة واحدة. يتيح تحلل الرقائق أيضًا الاستخدام الأمثل لعقد العملية بين الكتل الوظيفية المختلفة ، مثل فصل كتل الإدخال/الإخراج عن كتل المعالجة ، مما يعزز المزيد من الكفاءة.

بالإضافة إلى الحوسبة عالية الأداء (HPC) ، من المتوقع أيضًا أن تحقق الأسواق الأخرى النمو من خلال اعتماد تقنيات التغليف المتقدمة. في قطاعي 5G و 6G ، ستشكل الابتكارات مثل هوائيات التغليف وحلول الرقائق المتطورة مستقبل هياكل شبكة الوصول اللاسلكية (RAN). ستستفيد المركبات ذاتية الحكم أيضًا ، حيث تدعم هذه التقنيات دمج أجنحة المستشعرات ووحدات الحوسبة لمعالجة كميات كبيرة من البيانات مع ضمان السلامة والموثوقية والاندماج والطاقة والإدارة الحرارية وفعالية التكلفة.

تركز الإلكترونيات الاستهلاكية (بما في ذلك الهواتف الذكية ، والساعات الذكية ، وأجهزة AR/VR ، وأجهزة الكمبيوتر ، ومحطات العمل) بشكل متزايد على معالجة المزيد من البيانات في المساحات الأصغر ، على الرغم من التركيز بشكل أكبر على التكلفة. ستلعب عبوات أشباه الموصلات المتقدمة دورًا رئيسيًا في هذا الاتجاه ، على الرغم من أن طرق التغليف قد تختلف عن تلك المستخدمة في HPC.