Yarı iletken paketleme, geleneksel 1D PCB tasarımlarından, yonga seviyesinde son teknoloji 3D hibrit bağlamaya doğru evrildi. Bu ilerleme, yüksek enerji verimliliğini korurken, 1000 GB/s'ye kadar bant genişlikleriyle tek haneli mikron aralığında ara bağlantı aralığına izin verir. Gelişmiş yarı iletken paketleme teknolojilerinin özünde 2.5D paketleme (bileşenlerin ara katmanda yan yana yerleştirildiği) ve 3D paketleme (aktif çiplerin dikey olarak istiflenmesini içerir) yer alır. Bu teknolojiler, HPC sistemlerinin geleceği için kritik öneme sahiptir.
2.5D paketleme teknolojisi, her biri kendi avantajları ve dezavantajları olan çeşitli ara katman malzemeleri içerir. Tamamen pasif silikon gofretler ve yerelleştirilmiş silikon köprüler dahil olmak üzere silikon (Si) ara katmanları, en iyi kablolama yeteneklerini sağlamalarıyla bilinir ve bu da onları yüksek performanslı bilgi işlem için ideal hale getirir. Ancak, malzemeler ve üretim açısından maliyetlidirler ve paketleme alanında sınırlamalarla karşı karşıyadırlar. Bu sorunları hafifletmek için, ince işlevselliğin kritik olduğu yerlerde stratejik olarak silikon kullanan ve alan kısıtlamalarını ele alan yerelleştirilmiş silikon köprülerin kullanımı artmaktadır.
Fan-out kalıplanmış plastikler kullanan organik ara katmanlar, silikona göre daha uygun maliyetli bir alternatiftir. Daha düşük bir dielektrik sabitine sahiptirler, bu da paketteki RC gecikmesini azaltır. Bu avantajlara rağmen, organik ara katmanlar, silikon tabanlı paketlemeyle aynı düzeyde ara bağlantı özelliği azaltımına ulaşmakta zorlanır ve bu da yüksek performanslı bilgi işlem uygulamalarında benimsenmelerini sınırlar.
Cam ara katmanları, özellikle Intel'in yakın zamanda cam tabanlı test aracı paketlemesini piyasaya sürmesinin ardından önemli ilgi gördü. Cam, ayarlanabilir termal genleşme katsayısı (CTE), yüksek boyutsal kararlılık, pürüzsüz ve düz yüzeyler ve panel üretimini destekleme yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunarak, silikonla karşılaştırılabilir kablolama yeteneklerine sahip ara katmanlar için umut vadeden bir aday haline geldi. Ancak, teknik zorlukların yanı sıra, cam ara katmanlarının ana dezavantajı olgunlaşmamış ekosistem ve şu anda büyük ölçekli üretim kapasitesinin olmamasıdır. Ekosistem olgunlaştıkça ve üretim yetenekleri iyileştikçe, yarı iletken paketlemedeki cam tabanlı teknolojiler daha fazla büyüme ve benimsenme görebilir.
3D paketleme teknolojisi açısından, Cu-Cu çıkıntısız hibrit bağlama önde gelen bir yenilikçi teknoloji haline geliyor. Bu gelişmiş teknik, dielektrik malzemeleri (SiO2 gibi) gömülü metallerle (Cu) birleştirerek kalıcı bağlantılar elde eder. Cu-Cu hibrit bağlama, genellikle tek haneli mikron aralığında 10 mikronun altındaki aralıklara ulaşabilir ve bu, yaklaşık 40-50 mikron çıkıntı aralıklarına sahip geleneksel mikro çıkıntı teknolojisine göre önemli bir iyileştirmeyi temsil eder. Hibrit bağlamanın avantajları arasında artırılmış G/Ç, geliştirilmiş bant genişliği, iyileştirilmiş 3D dikey istifleme, daha iyi güç verimliliği ve alt dolumun olmaması nedeniyle azaltılmış parazitik etkiler ve termal direnç bulunur. Ancak, bu teknolojinin üretimi karmaşıktır ve daha yüksek maliyetlere sahiptir.
2.5D ve 3D paketleme teknolojileri çeşitli paketleme tekniklerini kapsar. 2.5D paketlemede, ara katman malzemelerinin seçimine bağlı olarak, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi silikon bazlı, organik bazlı ve cam bazlı ara katmanlar olarak kategorize edilebilir. 3D paketlemede, mikro-çarpma teknolojisinin geliştirilmesi aralık boyutlarını azaltmayı hedefler, ancak bugün hibrit bağlama teknolojisini (doğrudan Cu-Cu bağlantı yöntemi) benimseyerek, tek haneli aralık boyutları elde edilebilir ve bu alanda önemli bir ilerleme kaydedilebilir.
**İzlenmesi Gereken Temel Teknolojik Trendler:**
1. **Daha Büyük Ara Katman Alanları:** IDTechEx daha önce silikon ara katmanlarının 3x retikül boyutu sınırını aşmasının zorluğu nedeniyle 2.5D silikon köprü çözümlerinin HPC yongalarını paketlemek için birincil tercih olarak silikon ara katmanlarının yerini yakında alacağını öngörmüştü. TSMC, NVIDIA ve Google ve Amazon gibi diğer önde gelen HPC geliştiricileri için 2.5D silikon ara katmanlarının önemli bir tedarikçisidir ve şirket yakın zamanda 3.5x retikül boyutuna sahip ilk nesil CoWoS_L'nin seri üretimini duyurdu. IDTechEx bu eğilimin devam etmesini bekliyor ve raporunda önemli oyuncuları kapsayan daha fazla gelişme tartışılıyor.
2. **Panel Seviyesinde Paketleme:** Panel seviyesinde paketleme, 2024 Tayvan Uluslararası Yarıiletken Fuarı'nda vurgulandığı gibi önemli bir odak noktası haline geldi. Bu paketleme yöntemi, daha büyük ara katmanların kullanılmasına olanak tanır ve aynı anda daha fazla paket üreterek maliyetleri düşürmeye yardımcı olur. Potansiyeline rağmen, eğrilik yönetimi gibi zorlukların hala ele alınması gerekiyor. Artan önemi, daha büyük, daha uygun maliyetli ara katmanlara olan artan talebi yansıtıyor.
3. **Cam Ara Katmanlar:** Cam, ayarlanabilir CTE ve daha yüksek güvenilirlik gibi ek avantajlarla, silikonla karşılaştırılabilir ince kablolama elde etmek için güçlü bir aday malzeme olarak ortaya çıkıyor. Cam ara katmanlar ayrıca panel düzeyindeki paketlemeyle uyumludur ve daha yönetilebilir maliyetlerle yüksek yoğunluklu kablolama potansiyeli sunarak, onu gelecekteki paketleme teknolojileri için umut vadeden bir çözüm haline getirir.
4. **HBM Hibrit Bağlantı:** 3D bakır-bakır (Cu-Cu) hibrit bağlantısı, yongalar arasında ultra ince aralıklı dikey bağlantılar elde etmek için önemli bir teknolojidir. Bu teknoloji, yığınlanmış SRAM ve CPU'lar için AMD EPYC ve G/Ç kalıplarında CPU/GPU bloklarını istiflemek için MI300 serisi dahil olmak üzere çeşitli üst düzey sunucu ürünlerinde kullanılmıştır. Hibrit bağlantının, özellikle 16-Hi veya 20-Hi katmanlarını aşan DRAM yığınları için gelecekteki HBM ilerlemelerinde önemli bir rol oynaması bekleniyor.
5. **Ortak Paketlenmiş Optik Aygıtlar (CPO):** Daha yüksek veri çıkışı ve güç verimliliğine yönelik artan taleple birlikte, optik ara bağlantı teknolojisi önemli ölçüde ilgi görmüştür. Ortak paketlenmiş optik aygıtlar (CPO), G/Ç bant genişliğini artırmak ve enerji tüketimini azaltmak için önemli bir çözüm haline gelmektedir. Geleneksel elektrik iletimiyle karşılaştırıldığında, optik iletişim uzun mesafelerde daha düşük sinyal zayıflaması, azaltılmış çapraz konuşma hassasiyeti ve önemli ölçüde artırılmış bant genişliği gibi çeşitli avantajlar sunmaktadır. Bu avantajlar, CPO'yu veri yoğun, enerji açısından verimli HPC sistemleri için ideal bir seçim haline getirir.
**İzlenmesi Gereken Önemli Piyasalar:**
2.5D ve 3D paketleme teknolojilerinin gelişimini yönlendiren birincil pazar şüphesiz yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) sektörüdür. Bu gelişmiş paketleme yöntemleri, Moore Yasası'nın sınırlamalarını aşmak, tek bir pakette daha fazla transistör, bellek ve ara bağlantı sağlamak için çok önemlidir. Yongaların ayrıştırılması ayrıca, G/Ç bloklarını işlem bloklarından ayırmak gibi farklı işlevsel bloklar arasındaki işlem düğümlerinin optimum şekilde kullanılmasını sağlayarak verimliliği daha da artırır.
Yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) dışında, diğer pazarların da gelişmiş paketleme teknolojilerinin benimsenmesiyle büyüme elde etmesi bekleniyor. 5G ve 6G sektörlerinde, paketleme antenleri ve son teknoloji çip çözümleri gibi yenilikler, kablosuz erişim ağı (RAN) mimarilerinin geleceğini şekillendirecek. Otonom araçlar da bundan faydalanacak çünkü bu teknolojiler, büyük miktarda veriyi işlerken güvenlik, güvenilirlik, kompaktlık, güç ve termal yönetim ve maliyet etkinliği sağlamak için sensör takımlarının ve bilgi işlem birimlerinin entegrasyonunu destekliyor.
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. Gelişmiş yarı iletken paketleme bu eğilimde önemli bir rol oynayacak, ancak paketleme yöntemleri HPC'de kullanılanlardan farklı olabilir.
Gönderi zamanı: 07-Eki-2024