Ako vyriešiť tepelný problém balenia čipov
Pokročilé obalové čipy nielenže spĺňajú potreby vysokovýkonnej výpočtovej techniky, umelej inteligencie, rastu hustoty výkonu atď., ale tiež komplikujú problémy s odvodom tepla pri pokročilom balení. Pretože horúce miesto na čipe môže ovplyvniť distribúciu tepla susedných čipov. Rýchlosť prepojenia medzi čipmi je tiež pomalšia v moduloch ako v SoC.
Inžinieri hľadajú efektívne spôsoby, ako odviesť teplo z komplexných modulov. Umiestnenie viacerých čipov vedľa seba do rovnakého obalu môže zmierniť tepelné problémy, ale keďže sa spoločnosť ďalej ponorí do stohovania čipov a hustejšieho balenia s cieľom zlepšiť výkon a znížiť energiu, bojuje s radom nových problémov súvisiacich s teplom.
Súčasná populárna flipová BGA obalová plocha s CPU a HBM je približne 2500 štvorcových milimetrov. Vidíme, že z veľkého žetónu sa môžu stať štyri alebo päť malých žetónov. Čiže je potrebné mať viac I/O, aby tieto čipy medzi sebou komunikovali. Takže môžete distribuovať teplo. V skutočnosti sú niektoré zariadenia také zložité, že je ťažké jednoducho vymeniť komponenty, aby bolo možné tieto zariadenia prispôsobiť pre špecifické aplikácie v teréne. To je dôvod, prečo sa mnoho pokrokových baliacich produktov používa pre komponenty s veľmi veľkým množstvom alebo cenovou elasticitou, ako sú serverové čipy.
Počas procesu návrhu môžu mať návrhári obvodov predstavu o úrovniach výkonu rôznych čipov umiestnených v module, ale nemusia vedieť, či sú tieto úrovne výkonu v rámci spoľahlivosti. Preto inžinieri hľadajú nové metódy na vykonanie tepelnej analýzy spoľahlivosti balenia pred výrobou baliacich modulov. Prostredníctvom tepelnej simulácie môžeme pochopiť, ako sa teplo vedie cez silikónové čipy, dosky plošných spojov, lepidlá, TIM alebo obaly, pričom používame štandardné metódy, ako je teplotný rozdiel a výkonová funkcia na sledovanie hodnôt teploty a odporu.
Tepelná simulácia je najekonomickejšia metóda na skúmanie výberu a prispôsobenia materiálov. Simuláciou čipov v ich pracovnom stave zvyčajne objavíme jeden alebo viac hotspotov, takže môžeme pridať meď do substrátu pod hotspotmi, aby sme uľahčili odvod tepla; Alebo zmeňte obalový materiál a pridajte chladič.
Pri balení sa viac ako 90 % tepla odvádza z vrchnej časti čipu do chladiča cez obal, zvyčajne zvislú rebrú na báze eloxovaného oxidu hlinitého. Medzi čip a obal je umiestnený materiál tepelného rozhrania (TIM) s vysokou tepelnou vodivosťou, ktorý pomáha pri prenose tepla. Ďalšia generácia TIM pre CPU zahŕňa zliatiny kovových plechov (ako je indium a cín), ako aj strieborný spekaný cín s vodivosťou 60 W/mK a 50 W/mK.
Počiatočný koncept pokročilého balenia spočíva v tom, že bude fungovať ako stavebnica LEGO – čipy vyvinuté v rôznych procesných uzloch možno poskladať dohromady a problémy s teplom sa zmiernia. Ale to niečo stojí. Z hľadiska výkonu a výkonu je vzdialenosť, ktorú signál potrebuje na šírenie, rozhodujúca a obvod zostáva vždy otvorený alebo musí byť čiastočne otvorený, čo môže ovplyvniť tepelný výkon. Rozdelenie čipov na viacero častí na zvýšenie produkcie a flexibility nie je také jednoduché, ako sa môže zdať. Každé prepojenie v balení musí byť optimalizované a hotspoty už nie sú obmedzené na jeden čip.
Skoré modelovacie nástroje by sa mohli použiť na vylúčenie rôznych kombinácií čipov, čo poskytuje veľkú hnaciu silu pre dizajnérov komplexných modulov. V tejto ére neustále sa zvyšujúcej hustoty výkonu bude tepelná simulácia a zavádzanie nových TIM stále nevyhnutné.
