Yarı iletken ambalajlama, geleneksel 1D PCB tasarımlarından levha seviyesinde son teknoloji 3D hibrit birleştirmeye doğru gelişmiştir. Bu gelişme, yüksek enerji verimliliğini korurken, 1000 GB/s'ye varan bant genişlikleriyle tek haneli mikron aralığında ara bağlantı aralığına olanak tanır. Gelişmiş yarı iletken paketleme teknolojilerinin temelinde 2,5 boyutlu paketleme (bileşenlerin bir ara katman üzerinde yan yana yerleştirildiği yer) ve 3 boyutlu paketleme (aktif çiplerin dikey olarak istiflenmesini içeren) yer alıyor. Bu teknolojiler HPC sistemlerinin geleceği için çok önemlidir.
2.5D paketleme teknolojisi, her birinin kendine göre avantaj ve dezavantajları olan çeşitli ara katman malzemelerini içerir. Tamamen pasif silikon plakalar ve yerelleştirilmiş silikon köprüler dahil olmak üzere Silikon (Si) ara katmanların, en iyi kablolama özelliklerini sunarak onları yüksek performanslı bilgi işlem için ideal hale getirmesiyle bilinir. Ancak malzeme ve üretim açısından maliyetlidirler ve paketleme alanında sınırlamalarla karşı karşıyadırlar. Bu sorunları hafifletmek için, alan kısıtlamalarını ele alırken ince işlevselliğin kritik olduğu yerlerde stratejik olarak silikon kullanılarak yerelleştirilmiş silikon köprülerin kullanımı artıyor.
Dışarıya doğru kalıplanmış plastiklerin kullanıldığı organik ara katmanlar, silikona göre daha uygun maliyetli bir alternatiftir. Paketteki RC gecikmesini azaltan daha düşük bir dielektrik sabitine sahiptirler. Bu avantajlara rağmen, organik ara katmanlar, silikon bazlı ambalajlamayla aynı seviyede ara bağlantı özelliği azaltımı elde etmekte zorlanıyor ve bu da bunların yüksek performanslı bilgi işlem uygulamalarında benimsenmesini sınırlıyor.
Cam ara katmanlar, özellikle Intel'in yakın zamanda cam bazlı test aracı ambalajını piyasaya sürmesinin ardından büyük ilgi topladı. Cam, ayarlanabilir termal genleşme katsayısı (CTE), yüksek boyutsal kararlılık, pürüzsüz ve düz yüzeyler ve panel üretimini destekleme yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunarak onu silikonla kıyaslanabilir kablolama yeteneklerine sahip ara katmanlar için umut verici bir aday haline getiriyor. Ancak teknik zorlukların yanı sıra, cam ara katmanların en büyük dezavantajı ekosistemin olgunlaşmamış olması ve mevcut büyük ölçekli üretim kapasitesinin bulunmamasıdır. Ekosistem olgunlaştıkça ve üretim yetenekleri geliştikçe, yarı iletken ambalajlamada cam bazlı teknolojiler daha da büyüyebilir ve benimsenebilir.
3D paketleme teknolojisi açısından Cu-Cu darbesiz hibrit birleştirme, öncü bir yenilikçi teknoloji haline geliyor. Bu gelişmiş teknik, dielektrik malzemeleri (SiO2 gibi) gömülü metallerle (Cu) birleştirerek kalıcı ara bağlantılar sağlar. Cu-Cu hibrit bağlama, 10 mikronun altında, tipik olarak tek haneli mikron aralığında aralıklara ulaşabilir; bu, yaklaşık 40-50 mikronluk çıkıntı aralıklarına sahip olan geleneksel mikro çarpma teknolojisine göre önemli bir gelişmeyi temsil eder. Hibrit bağlantının avantajları arasında artan G/Ç, gelişmiş bant genişliği, gelişmiş 3D dikey yığınlama, daha iyi güç verimliliği ve alt dolgunun olmaması nedeniyle azaltılmış parazit etkileri ve termal direnç yer alır. Ancak bu teknolojinin üretimi karmaşıktır ve maliyeti daha yüksektir.
2.5D ve 3D paketleme teknolojileri çeşitli paketleme tekniklerini kapsamaktadır. 2.5D ambalajlarda ara katman malzemelerinin seçimine bağlı olarak yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi silikon bazlı, organik bazlı ve cam bazlı ara katmanlar olarak sınıflandırılabilir. 3D paketlemede, mikro yumru teknolojisinin geliştirilmesi, aralık boyutlarını azaltmayı amaçlamaktadır; ancak bugün, hibrit bağlama teknolojisinin (doğrudan Cu-Cu bağlantı yöntemi) benimsenmesiyle, tek haneli aralık boyutları elde edilebilmekte ve bu alanda önemli bir ilerlemeye işaret etmektedir. .
**İzlenecek Temel Teknolojik Trendler:**
1. **Daha Büyük Ara Katman Alanları:** IDTechEx daha önce, silikon ara katmanların 3x retikül boyutu sınırını aşan zorluğu nedeniyle, 2.5D silikon köprü çözümlerinin yakında HPC yongalarının paketlenmesinde birincil seçenek olarak silikon ara katmanların yerini alacağını öngörmüştü. TSMC, NVIDIA ve Google ve Amazon gibi diğer önde gelen HPC geliştiricileri için 2,5D silikon ara katmanların önemli bir tedarikçisidir ve şirket yakın zamanda 3,5x retikül boyutuna sahip birinci nesil CoWoS_L'nin seri üretimini duyurdu. IDTechEx, büyük oyuncuları kapsayan raporunda tartışılan daha fazla ilerlemeyle birlikte bu eğilimin devam etmesini bekliyor.
2. **Panel Düzeyinde Paketleme:** 2024 Tayvan Uluslararası Yarı İletken Fuarı'nda da vurgulandığı gibi panel düzeyinde paketleme önemli bir odak noktası haline geldi. Bu paketleme yöntemi daha büyük ara katmanların kullanılmasına olanak tanır ve aynı anda daha fazla paket üreterek maliyetlerin azaltılmasına yardımcı olur. Potansiyeline rağmen, çarpıklık yönetimi gibi zorlukların hâlâ ele alınması gerekiyor. Artan önemi, daha büyük, daha uygun maliyetli ara katmanlara yönelik artan talebi yansıtıyor.
3. **Cam Ara Katmanlar:** Cam, ayarlanabilir CTE ve daha yüksek güvenilirlik gibi ek avantajlara sahip, silikonla kıyaslanabilen, ince kablolama elde etmek için güçlü bir aday malzeme olarak ortaya çıkıyor. Cam ara katmanlar aynı zamanda panel düzeyindeki paketlemeyle de uyumludur; daha yönetilebilir maliyetlerle yüksek yoğunluklu kablolama potansiyeli sunarak onu gelecekteki paketleme teknolojileri için umut verici bir çözüm haline getirir.
4. **HBM Hibrit Bağlama:** 3D bakır-bakır (Cu-Cu) hibrit bağlama, yongalar arasında ultra ince aralıklı dikey ara bağlantılar elde etmek için önemli bir teknolojidir. Bu teknoloji, yığınlanmış SRAM ve CPU'lar için AMD EPYC'nin yanı sıra I/O kalıplarında CPU/GPU bloklarını yığınlamak için MI300 serisi de dahil olmak üzere çeşitli üst düzey sunucu ürünlerinde kullanıldı. Hibrit birleştirmenin gelecekteki HBM ilerlemelerinde, özellikle de 16-Hi veya 20-Hi katmanlarını aşan DRAM yığınları için çok önemli bir rol oynaması bekleniyor.
5. **Ortak Paketlenmiş Optik Cihazlar (CPO):** Daha yüksek veri çıkışı ve güç verimliliğine yönelik talebin artmasıyla birlikte, optik ara bağlantı teknolojisi büyük ilgi gördü. Birlikte paketlenmiş optik cihazlar (CPO), G/Ç bant genişliğini artırmak ve enerji tüketimini azaltmak için önemli bir çözüm haline geliyor. Geleneksel elektrik iletimiyle karşılaştırıldığında optik iletişim, uzun mesafelerde daha düşük sinyal zayıflaması, azaltılmış karışma hassasiyeti ve önemli ölçüde artırılmış bant genişliği gibi çeşitli avantajlar sunar. Bu avantajlar, CPO'yu veri yoğunluklu, enerji açısından verimli HPC sistemleri için ideal bir seçim haline getirir.
**İzlenecek Önemli Piyasalar:**
2.5D ve 3D paketleme teknolojilerinin gelişimini yönlendiren birincil pazar şüphesiz yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) sektörüdür. Bu gelişmiş paketleme yöntemleri, Moore Yasasının sınırlamalarının üstesinden gelmek ve tek bir pakette daha fazla transistör, bellek ve ara bağlantı sağlamak için çok önemlidir. Çiplerin ayrıştırılması, aynı zamanda, I/O bloklarının işlem bloklarından ayrılması gibi, farklı işlevsel bloklar arasındaki işlem düğümlerinin optimum kullanımına da olanak tanıyarak verimliliği daha da artırır.
Yüksek performanslı bilgi işleme (HPC) ek olarak, diğer pazarların da gelişmiş paketleme teknolojilerinin benimsenmesi yoluyla büyüme sağlaması bekleniyor. 5G ve 6G sektörlerinde ambalaj antenleri ve son teknoloji çip çözümleri gibi yenilikler, kablosuz erişim ağı (RAN) mimarilerinin geleceğini şekillendirecek. Bu teknolojiler, güvenlik, güvenilirlik, kompaktlık, güç ve termal yönetim ve maliyet etkinliği sağlarken büyük miktarlarda veriyi işlemek için sensör paketlerinin ve bilgi işlem birimlerinin entegrasyonunu desteklediğinden, otonom araçlar da bundan faydalanacaktır.
Tüketici elektroniği (akıllı telefonlar, akıllı saatler, AR/VR cihazları, PC'ler ve iş istasyonları dahil), maliyete daha fazla vurgu yapılmasına rağmen giderek daha küçük alanlarda daha fazla veri işlemeye odaklanıyor. Paketleme yöntemleri HPC'de kullanılanlardan farklı olsa da, gelişmiş yarı iletken paketleme bu trendde önemli bir rol oynayacaktır.
Gönderim zamanı: 25 Ekim 2024