Kuidas lahendada kiibi pakendamise termiline probleem
Täiustatud pakendikiibid ei vasta mitte ainult suure jõudlusega andmetöötluse, tehisintellekti, võimsustiheduse kasvu jms vajadustele, vaid muudavad keerukamaks ka täiustatud pakendite soojuse hajumise probleemid. Kuna kiibil olev kuum koht võib mõjutada külgnevate laastude soojusjaotust. Kiipide vahelise ühenduse kiirus on ka moodulites aeglasem kui SoC-s.
Insenerid otsivad tõhusaid viise soojuse hajutamiseks keerulistest moodulitest. Mitme kiibi kõrvuti paigutamine samasse pakendisse võib leevendada termilisi probleeme, kuid kuna ettevõte tegeleb jõudluse parandamiseks ja võimsuse vähendamiseks kiipide virnastamise ja tihedama pakkimisega, võitlevad nad mitmete uute kuumusega seotud probleemidega.
Praegune populaarne flip BGA pakendipind koos protsessori ja HBM-iga on ligikaudu 2500 ruutmillimeetrit. Näeme, et suurest kiibist võib saada neli või viis väikest kiipi. Seega on vaja rohkem I/O-d, et need kiibid omavahel suhtleksid. Nii saate soojust levitada. Tegelikult on mõned seadmed nii keerulised, et komponente on keeruline hõlpsasti asendada, et neid seadmeid konkreetsete välirakenduste jaoks kohandada. Seetõttu kasutatakse paljusid täiustatud pakenditooteid väga suurte koguste või hinnaelastsusega komponentide, näiteks serverikiipide jaoks.
Disainiprotsessi ajal võib vooluahela disaineritel olla kontseptsioon moodulisse paigutatud erinevate kiipide võimsustasemete kohta, kuid nad ei pruugi teada, kas need võimsustasemed on töökindluse vahemikus. Seetõttu otsivad insenerid uusi meetodeid pakendi töökindluse termilise analüüsi läbiviimiseks enne pakendimoodulite valmistamist. Soojussimulatsiooni abil saame aru, kuidas soojus juhitakse läbi ränikiipide, trükkplaatide, liimide, TIM-ide või pakendikatete, kasutades temperatuuri ja takistuse väärtuste jälgimiseks standardmeetodeid, nagu temperatuurierinevus ja võimsusfunktsioon.
Soojussimulatsioon on kõige ökonoomsem meetod materjalide valiku ja sobitamise uurimiseks. Simuleerides kiipe nende tööolekus, avastame tavaliselt ühe või mitu leviala, nii et saame kuumuse hajumise hõlbustamiseks lisada kuumusalade all olevale substraadile vaske; Või vahetage pakkematerjal ja lisage jahutusradiaator.
Pakendis hajub üle 90% soojusest kiibi ülaosast jahutusradiaatorisse läbi pakendi, tavaliselt anodeeritud alumiiniumoksiidil põhineva vertikaalse ribi. Kiibi ja pakendi vahele asetatakse kõrge soojusjuhtivusega termilise liidese materjal (TIM), mis aitab soojust üle kanda. Järgmise põlvkonna TIM protsessoritele sisaldab metall-lehtsulameid (nagu indium ja tina), aga ka hõbedast paagutatud tina, mille juhtivus on vastavalt 60W/mK ja 50W/mK.
Täiustatud pakendi esialgne kontseptsioon seisneb selles, et see töötab nagu LEGO ehitusklotsid – erinevates protsessisõlmedes välja töötatud kiipe saab kokku panna ja soojusprobleemid leevendatakse. Kuid see maksab. Toimivuse ja võimsuse seisukohast on signaali levimiseks vajalik kaugus ülioluline ning vooluahel jääb alati avatuks või peab olema osaliselt avatud, mis võib mõjutada soojuslikku jõudlust. Laastude jagamine mitmeks osaks, et suurendada tootmist ja paindlikkust, ei ole nii lihtne, kui võib tunduda. Iga pakendis olev ühendus peab olema optimeeritud ja levialad ei piirdu enam ühe kiibiga.
Varaseid modelleerimistööriistu saab kasutada erinevate kiipide kombinatsioonide välistamiseks, pakkudes keerukate moodulite projekteerijatele suureks liikumapanevaks jõuks. Sellel pidevalt kasvava võimsustiheduse ajastul on soojussimulatsioon ja uute TIM-ide kasutuselevõtt endiselt olulised.
