Kako riješiti toplinski problem pakiranja čipova
Napredni čipovi za pakiranje ne samo da zadovoljavaju potrebe računalstva visokih performansi, umjetne inteligencije, povećanja gustoće snage itd., nego također kompliciraju probleme rasipanja topline kod naprednog pakiranja. Budući da vruća točka na čipu može utjecati na raspodjelu topline susjednih čipova. Brzina međusobnog povezivanja između čipova također je sporija u modulima nego u SoC-u.
Inženjeri traže učinkovite načine za odvođenje topline iz složenih modula. Stavljanjem više čipova jedan do drugoga u isto pakiranje mogu se ublažiti toplinski problemi, ali kako tvrtka dalje ulazi u slaganje čipova i gušće pakiranje kako bi poboljšala performanse i smanjila snagu, bore se s nizom novih problema povezanih s toplinom.
Trenutačno popularno područje preklopnog BGA pakiranja s CPU-om i HBM-om iznosi približno 2500 kvadratnih milimetara. Vidimo da veliki čip može postati četiri ili pet malih čipova. Stoga je potrebno imati više ulaza/izlaza kako bi ovi čipovi međusobno komunicirali. Tako možete distribuirati toplinu. Zapravo, neki su uređaji toliko složeni da je teško jednostavno zamijeniti komponente kako bi se ti uređaji prilagodili za specifične primjene na terenu. Zbog toga se mnogi napredni proizvodi za pakiranje koriste za komponente s vrlo velikim količinama ili cjenovnom elastičnošću, kao što su poslužiteljski čipovi.
Tijekom procesa dizajna, dizajneri krugova mogu imati koncept razina snage različitih čipova smještenih u modul, ali možda ne znaju jesu li te razine snage unutar raspona pouzdanosti. Stoga inženjeri traže nove metode za provođenje toplinske analize pouzdanosti pakiranja prije proizvodnje modula za pakiranje. Pomoću toplinske simulacije možemo razumjeti kako se toplina provodi kroz silikonske čipove, tiskane ploče, ljepila, TIM-ove ili poklopce pakiranja, dok koristimo standardne metode kao što su temperaturna razlika i funkcija napajanja za praćenje vrijednosti temperature i otpora.
Toplinska simulacija je najekonomičnija metoda za istraživanje odabira i podudaranja materijala. Simuliranjem čipova u njihovom radnom stanju, obično otkrivamo jednu ili više vrućih točaka, tako da možemo dodati bakar na podlogu ispod vrućih točaka kako bismo olakšali raspršivanje topline; Ili promijenite materijal za pakiranje i dodajte hladnjak.
U ambalaži se preko 90% topline odvodi od vrha čipa do hladnjaka kroz ambalažu, obično okomito rebro na bazi anodiziranog aluminijevog oksida. Termalni međusklopni materijal (TIM) s visokom toplinskom vodljivošću postavljen je između čipa i paketa kako bi pomogao prijenos topline. Sljedeća generacija TIM-a za CPU uključuje metalne legure (kao što su indij i kositar), kao i srebrni sinterirani kositar, s vodljivošću od 60 W/mK, odnosno 50 W/mK.
Početni koncept naprednog pakiranja je da će raditi poput LEGO građevnih blokova - čipovi razvijeni na različitim procesnim čvorovima mogu se sastaviti zajedno, a toplinski problemi će biti ublaženi. Ali to ima svoju cijenu. Iz perspektive performansi i snage, udaljenost koju signal treba širiti je ključna, a strujni krug uvijek ostaje otvoren ili mora biti djelomično otvoren, što može utjecati na toplinsku izvedbu. Dijeljenje čipova na više dijelova radi povećanja proizvodnje i fleksibilnosti nije tako jednostavno kao što se čini. Svaki interkonekt u pakiranju mora biti optimiziran, a vruće točke 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 kontinuiranog povećanja gustoće snage, toplinska simulacija i uvođenje novih TIM-ova i dalje će biti ključni.
