Hvordan løse det termiske problemet med chipemballasje
Avanserte emballasjebrikker oppfyller ikke bare behovene til høyytelses databehandling, kunstig intelligens, krafttetthetsvekst, etc., men kompliserer også varmespredningsproblemene til avansert emballasje. Fordi et hot spot på en brikke kan påvirke varmefordelingen til tilstøtende brikker. Sammenkoblingshastigheten mellom brikker er også langsommere i moduler enn i SoC.
Ingeniører leter etter effektive måter å spre varme fra komplekse moduler. Plassering av flere brikker side ved side i samme pakke kan lindre termiske problemer, men ettersom selskapet fordyper seg ytterligere i brikkestabling og tettere emballasje for å forbedre ytelsen og redusere kraften, kjemper de mot en rekke nye problemer knyttet til varme.
Det nåværende populære flip BGA-emballasjeområdet med CPU og HBM er omtrent 2500 kvadratmillimeter. Vi ser at en stor brikke kan bli fire eller fem små brikker. Så det er nødvendig å ha mer I/O for at disse brikkene skal kommunisere med hverandre. Så du kan fordele varme. Faktisk er noen enheter så komplekse at det er vanskelig å enkelt erstatte komponenter for å tilpasse disse enhetene for spesifikke feltapplikasjoner. Dette er grunnen til at mange avanserte emballasjeprodukter brukes til komponenter med svært store mengder eller priselastisitet, som serverbrikker.
Under designprosessen kan kretsdesignere ha et konsept av effektnivåene til forskjellige brikker plassert i modulen, men de vet kanskje ikke om disse effektnivåene er innenfor pålitelighetsområdet. Derfor søker ingeniører etter nye metoder for å utføre termisk analyse av emballasjepålitelighet før de produserer emballasjemoduler. Gjennom termisk simulering kan vi forstå hvordan varme ledes gjennom silisiumbrikker, kretskort, lim, TIM-er eller emballasjedeksler, mens vi bruker standardmetoder som temperaturforskjell og effektfunksjon for å spore temperatur- og motstandsverdier.
Termisk simulering er den mest økonomiske metoden for å utforske valg og matching av materialer. Ved å simulere brikker i deres arbeidstilstand oppdager vi vanligvis en eller flere hotspots, slik at vi kan legge kobber til substratet under hotspotene for å lette varmespredningen; Eller bytt emballasjemateriale og legg til en kjøleribbe.
I emballasje spres over 90 % av varmen fra toppen av brikken til kjøleribben gjennom emballasjen, vanligvis en vertikal finne basert på anodisert aluminiumoksid. Et termisk grensesnittmateriale (TIM) med høy termisk ledningsevne er plassert mellom brikken og pakken for å hjelpe til med å overføre varme. Neste generasjon TIM for CPUer inkluderer metallplatelegeringer (som indium og tinn), samt sølvsintret tinn, med konduktivitet på henholdsvis 60W/mK og 50W/mK.
Det første konseptet med avansert emballasje er at det vil fungere som LEGO byggeklosser - brikker utviklet ved forskjellige prosessnoder kan settes sammen, og termiske problemer vil bli lindret. Men dette har en kostnad. Fra perspektivet til ytelse og kraft er avstanden signalet trenger for å forplante seg avgjørende, og kretsen forblir alltid åpen eller må være delvis åpen, noe som kan påvirke termisk ytelse. Å dele sjetonger i flere deler for å øke produksjonen og fleksibiliteten er ikke så enkelt som det kan virke. Hver sammenkobling i emballasjen må optimaliseres, og hotspots er ikke lenger begrenset til en enkelt brikke.
Tidlige modelleringsverktøy kan brukes til å ekskludere forskjellige kombinasjoner av brikker, noe som gir en stor drivkraft for designere av komplekse moduler. I denne epoken med kontinuerlig økende krafttetthet, vil termisk simulering og introduksjonen av nye TIM-er fortsatt være avgjørende.
