Jak vyřešit tepelný problém balení čipů
Pokročilé obalové čipy nejen splňují potřeby vysoce výkonných výpočtů, umělé inteligence, růstu hustoty výkonu atd., ale také komplikují problémy s odvodem tepla pokročilého balení. Protože horké místo na čipu může ovlivnit distribuci tepla sousedních čipů. Rychlost propojení mezi čipy je u modulů také pomalejší než u SoC.
Inženýři hledají efektivní způsoby, jak odvádět teplo ze složitých modulů. Umístění více čipů vedle sebe do stejného obalu může zmírnit tepelné problémy, ale jak se společnost dále ponoří do stohování čipů a hustšího balení za účelem zlepšení výkonu a snížení spotřeby, potýká se s řadou nových problémů souvisejících s teplem.
Současná populární flipová BGA obalová plocha s CPU a HBM je přibližně 2500 čtverečních milimetrů. Vidíme, že z velkého čipu se mohou stát čtyři nebo pět malých čipů. Je tedy potřeba mít více I/O, aby spolu tyto čipy komunikovaly. Takže můžete distribuovat teplo. Některá zařízení jsou ve skutečnosti tak složitá, že je obtížné snadno vyměnit součásti, aby bylo možné tato zařízení upravit pro konkrétní aplikace v terénu. To je důvod, proč se mnoho pokročilých obalových produktů používá pro komponenty s velmi velkým množstvím nebo cenovou elasticitou, jako jsou serverové čipy.
Během procesu návrhu mohou mít návrháři obvodů představu o úrovních výkonu různých čipů umístěných v modulu, ale nemusí vědět, zda jsou tyto úrovně výkonu v rozsahu spolehlivosti. Inženýři proto hledají nové metody, jak provést tepelnou analýzu spolehlivosti obalů před výrobou obalových modulů. Prostřednictvím tepelné simulace můžeme porozumět tomu, jak je teplo vedeno přes křemíkové čipy, obvodové desky, lepidla, TIM nebo obalové kryty, přičemž ke sledování hodnot teploty a odporu používáme standardní metody, jako je teplotní rozdíl a výkonová funkce.
Tepelná simulace je nejekonomičtější metodou pro zkoumání výběru a přizpůsobení materiálů. Simulací čipů v jejich pracovním stavu obvykle objevíme jeden nebo více hotspotů, takže můžeme přidat měď do substrátu pod hotspoty, abychom usnadnili odvod tepla; Nebo vyměňte obalový materiál a přidejte chladič.
Při balení se přes 90 % tepla odvádí z horní části čipu do chladiče přes obal, obvykle vertikální žebro na bázi eloxovaného oxidu hlinitého. Mezi čip a obal je umístěn materiál tepelného rozhraní (TIM) s vysokou tepelnou vodivostí, který napomáhá přenosu tepla. Další generace TIM pro CPU zahrnuje slitiny kovových plechů (jako je indium a cín) a také stříbrný slinutý cín s vodivostí 60 W/mK a 50 W/mK.
Počáteční koncept pokročilého balení spočívá v tom, že bude fungovat jako stavebnice LEGO – čipy vyvinuté v různých procesních uzlech lze sestavit dohromady a problémy s teplotou budou zmírněny. Ale to něco stojí. Z hlediska výkonu a výkonu je rozhodující vzdálenost, kterou signál potřebuje k šíření, a obvod vždy zůstává otevřený nebo musí být částečně otevřený, což může ovlivnit tepelný výkon. Rozdělení třísek na více částí pro zvýšení výroby a flexibility není tak jednoduché, jak se může zdát. Každé propojení v balení musí být optimalizováno a hotspoty již nejsou omezeny na jeden čip.
Rané modelovací nástroje by mohly být použity k vyloučení různých kombinací čipů, což poskytuje velkou hnací sílu pro návrháře složitých modulů. V této éře neustále se zvyšující hustoty výkonu budou tepelné simulace a zavádění nových TIM stále zásadní.
