Kako riješiti termički problem pakiranja čipova
Napredni čipovi za pakovanje ne samo da zadovoljavaju potrebe računarstva visokih performansi, veštačke inteligencije, rasta gustine snage, itd., već i komplikuju probleme odvođenja toplote naprednog pakovanja. Zato što vruća tačka na čipu može uticati na distribuciju toplote susednih čipova. Brzina interkonekcije između čipova je također sporija u modulima nego u SoC-u.
Inženjeri traže efikasne načine za odvođenje toplote iz složenih modula. Postavljanje više čipova jedan pored drugog u istom pakovanju može ublažiti termalne probleme, ali kako kompanija dalje ulazi u slaganje čipova i gušće pakovanje kako bi poboljšala performanse i smanjila snagu, oni se bore sa nizom novih problema vezanih za toplotu.
Trenutna popularna površina preklopnog BGA pakovanja sa CPU-om i HBM-om je približno 2500 kvadratnih milimetara. Vidimo da veliki čip može postati četiri ili pet malih čipova. Dakle, potrebno je imati više I/O da bi ovi čipovi međusobno komunicirali. Tako možete distribuirati toplinu. U stvari, neki uređaji su toliko složeni da je teško lako zamijeniti komponente kako bi se ti uređaji prilagodili specifičnim primjenama na terenu. Zbog toga se mnogi napredni proizvodi za pakovanje koriste za komponente sa vrlo velikim količinama ili elastičnom cenom, kao što su serverski čipovi.
Tokom procesa projektovanja, dizajneri kola mogu imati koncept nivoa snage različitih čipova smeštenih u modul, ali možda ne znaju da li su ti nivoi snage unutar opsega pouzdanosti. Stoga inženjeri traže nove metode za provođenje termičke analize pouzdanosti ambalaže prije proizvodnje modula za pakovanje. Kroz termičku simulaciju, možemo razumjeti kako se toplina provodi kroz silikonske čipove, ploče, ljepila, TIM-ove ili poklopce pakovanja, dok koristimo standardne metode kao što su temperaturna razlika i funkcija snage za praćenje vrijednosti temperature i otpora.
Termička simulacija je najekonomičnija metoda za istraživanje izbora i usklađivanja materijala. Simulacijom čipova u njihovom radnom stanju obično otkrivamo jednu ili više vrućih tačaka, tako da možemo dodati bakar na podlogu ispod žarišta kako bismo olakšali disipaciju topline; Ili promijenite materijal za pakovanje i dodajte hladnjak.
U ambalaži, preko 90% topline se odvodi od vrha čipa do hladnjaka kroz ambalažu, obično okomito pero na bazi anodiziranog aluminij oksida. Termalni materijal interfejsa (TIM) sa visokom toplotnom provodljivošću postavljen je između čipa i paketa kako bi pomogao u prenosu toplote. Sledeća generacija TIM-a za CPU uključuje legure metalnog lima (kao što su indijum i kalaj), kao i srebrni sinterovani kalaj, sa provodljivošću od 60W/mK i 50W/mK, respektivno.
Početni koncept naprednog pakovanja je da će raditi kao LEGO građevinski blokovi - čipovi razvijeni u različitim procesnim čvorovima mogu se sastaviti zajedno, a termalni problemi će biti ublaženi. Ali ovo ima svoju cijenu. Iz perspektive performansi i snage, udaljenost na kojoj signal treba da se širi je ključna, a kolo uvijek ostaje otvoreno ili mora biti djelomično otvoreno, što može utjecati na toplinske performanse. Podijeliti čips na više dijelova radi povećanja proizvodnje i fleksibilnosti nije tako jednostavno kao što se čini. Svaki interkonekt u pakovanju mora biti optimizovan, a vruće tačke više nisu ograničene na jedan čip.
Rani alati za modeliranje mogli su se koristiti za isključivanje različitih kombinacija čipova, pružajući veliku pokretačku snagu za dizajnere složenih modula. U ovoj eri stalno rastuće gustine snage, termalna simulacija i uvođenje novih TIM-a i dalje će biti od suštinskog značaja.
