Hogyan lehet megoldani a forgácscsomagolás termikus problémáját
A fejlett csomagolási chipek nemcsak a nagy teljesítményű számítástechnika, a mesterséges intelligencia, a teljesítménysűrűség-növekedés stb. igényeit elégítik ki, hanem bonyolítják a fejlett csomagolás hőelvezetési problémáit is. Mivel a forgácson lévő forró pont befolyásolhatja a szomszédos forgácsok hőeloszlását. A chipek közötti kapcsolódási sebesség is lassabb a modulokban, mint az SoC-ben.
A mérnökök hatékony módszereket keresnek a komplex modulok hőelvezetésére. Több chip egymás melletti elhelyezése ugyanabban a csomagban enyhítheti a hőproblémákat, de ahogy a vállalat a teljesítmény javítása és a teljesítmény csökkentése érdekében tovább foglalkozik a chipek egymásra helyezésével és a sűrűbb csomagolással, egy sor új, hővel kapcsolatos problémával küzdenek.
A jelenleg népszerű flip BGA csomagolási terület CPU-val és HBM-mel körülbelül 2500 négyzetmilliméter. Látjuk, hogy egy nagy zsetonból négy vagy öt kis zseton lehet. Tehát több I/O-ra van szükség ahhoz, hogy ezek a chipek kommunikáljanak egymással. Így eloszthatja a hőt. Valójában egyes eszközök annyira összetettek, hogy nehéz az alkatrészeket egyszerűen kicserélni, hogy ezeket az eszközöket speciális helyszíni alkalmazásokhoz szabhassák. Ez az oka annak, hogy sok fejlett csomagolási terméket használnak nagyon nagy mennyiségben vagy árrugalmassággal rendelkező alkatrészekhez, például szerverchipekhez.
A tervezési folyamat során az áramkör-tervezőknek fogalmuk lehet a modulba helyezett különféle chipek teljesítményszintjéről, de nem tudják, hogy ezek a teljesítményszintek a megbízhatósági tartományon belül vannak-e. Ezért a mérnökök új módszereket keresnek a csomagolás megbízhatóságának hőelemzésére a csomagolómodulok gyártása előtt. A hőszimuláció segítségével megérthetjük, hogyan vezetik a hőt szilícium chipeken, áramköri lapokon, ragasztókon, TIM-eken vagy csomagolóburkolatokon keresztül, miközben olyan szabványos módszereket használunk, mint a hőmérséklet-különbség és a teljesítményfüggvény a hőmérséklet- és ellenállásértékek követésére.
A hőszimuláció a leggazdaságosabb módszer az anyagok kiválasztásának és illesztésének feltárására. A forgácsok működési állapotában történő szimulálásával általában egy vagy több hotspotot fedezünk fel, így a forró pontok alatti hordozóhoz rézzel tehetjük a hőelvezetést megkönnyítve; Vagy cserélje ki a csomagolóanyagot, és adjon hozzá hűtőbordát.
A csomagolásban a hő több mint 90%-a a chip tetejéről a hűtőbordára távozik a csomagoláson keresztül, általában egy eloxált alumínium-oxid alapú függőleges bordán. A chip és a csomagolás közé egy nagy hővezető képességű termikus interfész anyagot (TIM) helyeznek a hőátvitel elősegítésére. A következő generációs CPU-khoz készült TIM fémlemez ötvözeteket (például indiumot és ónt), valamint ezüst szintereit ónt tartalmaz, 60 W/mK, illetve 50 W/mK vezetőképességgel.
A fejlett csomagolás kezdeti koncepciója az, hogy úgy fog működni, mint a LEGO építőkockák – a különböző folyamatcsomópontokon kifejlesztett chipek összeállíthatók, és a hőproblémák enyhülnek. De ennek ára van. A teljesítmény és a teljesítmény szempontjából a jel terjedésének távolsága döntő jelentőségű, és az áramkör mindig nyitva marad, vagy részben nyitottnak kell lennie, ami befolyásolhatja a hőteljesítményt. A forgácsok több részre bontása a termelés és a rugalmasság növelése érdekében nem olyan egyszerű, mint amilyennek látszik. A csomagolásban minden egyes összeköttetést optimalizálni kell, és a hotspotok többé nem korlátozódnak egyetlen chipre.
A korai modellező eszközökkel kizárhatóak lettek a chipek különböző kombinációi, ami nagy hajtóerőt jelentett az összetett modulok tervezői számára. A folyamatosan növekvő teljesítménysűrűség korában továbbra is elengedhetetlen lesz a hőszimuláció és az új TIM-ek bevezetése.
