Как да решим термичния проблем на опаковката на чипове
Усъвършенстваните опаковъчни чипове не само отговарят на нуждите от високопроизводителни изчисления, изкуствен интелект, нарастване на плътността на мощността и т.н., но също така усложняват проблемите с разсейването на топлината на усъвършенстваните опаковки. Тъй като гореща точка върху чип може да повлияе на разпределението на топлината на съседни чипове. Скоростта на взаимното свързване между чиповете също е по-бавна в модулите, отколкото в SoC.
Инженерите търсят ефективни начини за разсейване на топлината от сложни модули. Поставянето на множество чипове един до друг в една и съща опаковка може да облекчи термичните проблеми, но тъй като компанията продължава да се задълбочава в подреждането на чипове и по-плътното опаковане, за да подобри производителността и да намали мощността, те се борят с редица нови проблеми, свързани с топлината.
Настоящата популярна площ на обръщаща се BGA опаковка с CPU и HBM е приблизително 2500 квадратни милиметра. Виждаме, че един голям чип може да се превърне в четири или пет малки чипа. Така че е необходимо да има повече I/O, за да могат тези чипове да комуникират помежду си. Така че можете да разпределите топлина. Всъщност някои устройства са толкова сложни, че е трудно лесно да се заменят компоненти, за да се персонализират тези устройства за конкретни полеви приложения. Ето защо много усъвършенствани продукти за опаковане се използват за компоненти с много големи количества или ценова еластичност, като сървърни чипове.
По време на процеса на проектиране дизайнерите на вериги може да имат представа за нивата на мощност на различните чипове, поставени в модула, но може да не знаят дали тези нива на мощност са в диапазона на надеждност. Затова инженерите търсят нови методи за извършване на термичен анализ на надеждността на опаковката преди производството на опаковъчни модули. Чрез термична симулация можем да разберем как топлината се провежда през силициеви чипове, печатни платки, лепила, TIM или капаци на опаковки, като същевременно използваме стандартни методи като температурна разлика и функция за мощност за проследяване на стойностите на температурата и съпротивлението.
Термичната симулация е най-икономичният метод за изследване на избора и съвпадението на материали. Чрез симулиране на чипове в тяхното работно състояние обикновено откриваме една или повече горещи точки, така че можем да добавим мед към субстрата под горещите точки, за да улесним разсейването на топлината; Или сменете опаковъчния материал и добавете радиатор.
В опаковката над 90% от топлината се разсейва от горната част на чипа към радиатора през опаковката, обикновено вертикална перка на базата на анодизиран алуминиев оксид. Термичен интерфейсен материал (TIM) с висока топлопроводимост е поставен между чипа и пакета, за да помогне за преноса на топлина. Следващото поколение TIM за процесори включва метални листови сплави (като индий и калай), както и синтерован калай със сребро, с проводимост съответно 60W/mK и 50W/mK.
Първоначалната концепция на усъвършенстваното опаковане е, че ще работи като градивни блокове LEGO - чипове, разработени в различни процесни възли, могат да бъдат сглобени заедно и топлинните проблеми ще бъдат облекчени. Но това си има цена. От гледна точка на производителността и мощността, разстоянието, което сигналът трябва да разпространи, е от решаващо значение и веригата винаги остава отворена или трябва да бъде частично отворена, което може да повлияе на топлинните характеристики. Разделянето на чипове на множество части за увеличаване на производството и гъвкавостта не е толкова просто, колкото може да изглежда. Всяка връзка в опаковката трябва да бъде оптимизирана и горещите точки вече не са ограничени до един чип.
Ранните инструменти за моделиране могат да се използват за изключване на различни комбинации от чипове, осигурявайки голяма движеща сила за дизайнерите на сложни модули. В тази ера на непрекъснато нарастваща плътност на мощността термичната симулация и въвеждането на нови TIM все още ще бъдат от съществено значение.
