Kako rešiti toplotni problem embalaže čipov
Napredni embalažni čipi ne izpolnjujejo le potreb visokozmogljivega računalništva, umetne inteligence, rasti gostote moči itd., ampak tudi zapletejo težave z odvajanjem toplote napredne embalaže. Ker lahko vroča točka na čipu vpliva na porazdelitev toplote sosednjih čipov. Hitrost medsebojne povezave med čipi je tudi počasnejša v modulih kot v SoC.
Inženirji iščejo učinkovite načine za odvajanje toplote iz kompleksnih modulov. Postavitev več čipov drug ob drugem v isti paket lahko ublaži toplotne težave, a ker se podjetje še bolj poglobi v zlaganje čipov in gostejše pakiranje za izboljšanje zmogljivosti in zmanjšanje porabe energije, se spopada z vrsto novih težav, povezanih s toploto.
Trenutno priljubljena površina embalaže Flip BGA s CPE in HBM je približno 2500 kvadratnih milimetrov. Vidimo, da lahko iz velikega žetona nastanejo štirje ali pet majhnih žetonov. Zato je potrebno imeti več V/I, da lahko ti čipi komunicirajo med seboj. Tako lahko razdelite toploto. Pravzaprav so nekatere naprave tako zapletene, da je težko enostavno zamenjati komponente, da bi te naprave prilagodili posebnim aplikacijam na terenu. Zato se veliko naprednih izdelkov za pakiranje uporablja za komponente z zelo velikimi količinami ali cenovno elastičnostjo, kot so strežniški čipi.
Med postopkom načrtovanja imajo načrtovalci vezij lahko predstavo o ravneh moči različnih čipov, nameščenih v modulu, vendar morda ne vedo, ali so te ravni moči v območju zanesljivosti. Zato inženirji iščejo nove metode za izvedbo toplotne analize zanesljivosti embalaže pred izdelavo embalažnih modulov. S toplotno simulacijo lahko razumemo, kako se toplota prevaja skozi silicijeve čipe, vezja, lepila, TIM-ove ali pokrove embalaže, medtem ko uporabljamo standardne metode, kot sta temperaturna razlika in funkcija moči, za sledenje vrednostim temperature in upora.
Toplotna simulacija je najbolj ekonomična metoda za raziskovanje izbire in ujemanja materialov. S simulacijo čipov v njihovem delovnem stanju običajno odkrijemo eno ali več vročih točk, tako da lahko substratu pod vročimi točkami dodamo baker, da olajšamo odvajanje toplote; Ali pa spremenite embalažni material in dodajte hladilno telo.
V embalaži se več kot 90 % toplote odvede od vrha čipa do hladilnega telesa skozi embalažo, običajno navpično rebro na osnovi anodiziranega aluminijevega oksida. Med čip in ohišje je nameščen toplotni vmesnik (TIM) z visoko toplotno prevodnostjo, ki pomaga pri prenosu toplote. Naslednja generacija TIM za CPE vključuje zlitine kovinske pločevine (kot sta indij in kositer), pa tudi srebrno sintran kositer s prevodnostjo 60 W/mK oziroma 50 W/mK.
Začetni koncept napredne embalaže je, da bo delovala kot LEGO gradniki – čipe, razvite na različnih procesnih vozliščih, je mogoče sestaviti skupaj, toplotne težave pa bodo omilile. Toda to ima svojo ceno. Z vidika zmogljivosti in moči je razdalja, ki jo mora signal širiti, ključnega pomena, vezje pa vedno ostane odprto ali mora biti delno odprto, kar lahko vpliva na toplotno zmogljivost. Razdelitev čipov na več delov za povečanje proizvodnje in fleksibilnosti ni tako preprosta, kot se morda zdi. Vsaka povezava v embalaži mora biti optimizirana, vroče točke pa niso več omejene na en sam čip.
Zgodnja orodja za modeliranje bi se lahko uporabila za izključitev različnih kombinacij čipov, kar je velika gonilna sila za oblikovalce kompleksnih modulov. V tej dobi nenehnega povečevanja gostote moči bo toplotna simulacija in uvedba novih TIM še vedno bistvena.
