Pembungkusan semikonduktor telah berkembang daripada reka bentuk PCB 1D tradisional kepada ikatan hibrid 3D yang canggih pada tahap wafer. Kemajuan ini membolehkan jarak antara sambungan dalam julat mikron satu digit, dengan lebar jalur sehingga 1000 GB/s, sambil mengekalkan kecekapan tenaga yang tinggi. Teras teknologi pembungkusan semikonduktor termaju ialah pembungkusan 2.5D (di mana komponen diletakkan bersebelahan pada lapisan perantara) dan pembungkusan 3D (yang melibatkan susunan cip aktif secara menegak). Teknologi ini penting untuk masa depan sistem HPC.
Teknologi pembungkusan 2.5D melibatkan pelbagai bahan lapisan perantaraan, masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri. Lapisan perantara silikon (Si), termasuk wafer silikon pasif sepenuhnya dan jambatan silikon setempat, terkenal kerana menyediakan keupayaan pendawaian terbaik, menjadikannya sesuai untuk pengkomputeran berprestasi tinggi. Walau bagaimanapun, ia mahal dari segi bahan dan pembuatan dan menghadapi had dalam kawasan pembungkusan. Untuk mengurangkan isu ini, penggunaan jambatan silikon setempat semakin meningkat, menggunakan silikon secara strategik di mana kefungsian halus adalah kritikal sambil menangani kekangan kawasan.
Lapisan perantara organik, menggunakan plastik beracuan kipas, merupakan alternatif yang lebih kos efektif kepada silikon. Mereka mempunyai pemalar dielektrik yang lebih rendah, yang mengurangkan kelewatan RC dalam pakej. Di sebalik kelebihan ini, lapisan perantara organik bergelut untuk mencapai tahap pengurangan ciri sambung yang sama seperti pembungkusan berasaskan silikon, mengehadkan penggunaannya dalam aplikasi pengkomputeran berprestasi tinggi.
Lapisan perantara kaca telah menarik minat yang ketara, terutamanya berikutan pelancaran Intel baru-baru ini bagi pembungkusan kenderaan ujian berasaskan kaca. Kaca menawarkan beberapa kelebihan, seperti pekali laras pengembangan terma (CTE), kestabilan dimensi tinggi, permukaan licin dan rata, dan keupayaan untuk menyokong pembuatan panel, menjadikannya calon yang menjanjikan untuk lapisan perantara dengan keupayaan pendawaian yang setanding dengan silikon. Walau bagaimanapun, selain daripada cabaran teknikal, kelemahan utama lapisan perantara kaca ialah ekosistem yang tidak matang dan kekurangan kapasiti pengeluaran berskala besar semasa. Apabila ekosistem matang dan keupayaan pengeluaran bertambah baik, teknologi berasaskan kaca dalam pembungkusan semikonduktor mungkin menyaksikan pertumbuhan dan penerimaan selanjutnya.
Dari segi teknologi pembungkusan 3D, ikatan hibrid tanpa benjolan Cu-Cu menjadi teknologi inovatif yang terkemuka. Teknik lanjutan ini mencapai interkoneksi kekal dengan menggabungkan bahan dielektrik (seperti SiO2) dengan logam terbenam (Cu). Ikatan hibrid Cu-Cu boleh mencapai jarak di bawah 10 mikron, biasanya dalam julat mikron satu digit, mewakili peningkatan ketara berbanding teknologi bonjolan mikro tradisional, yang mempunyai jarak bonggol kira-kira 40-50 mikron. Kelebihan ikatan hibrid termasuk peningkatan I/O, lebar jalur yang dipertingkatkan, tindanan menegak 3D yang lebih baik, kecekapan kuasa yang lebih baik, dan mengurangkan kesan parasit dan rintangan haba kerana ketiadaan pengisian bawah. Walau bagaimanapun, teknologi ini adalah kompleks untuk dihasilkan dan mempunyai kos yang lebih tinggi.
Teknologi pembungkusan 2.5D dan 3D merangkumi pelbagai teknik pembungkusan. Dalam pembungkusan 2.5D, bergantung pada pilihan bahan lapisan perantara, ia boleh dikategorikan kepada lapisan perantara berasaskan silikon, berasaskan organik dan berasaskan kaca, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas. Dalam pembungkusan 3D, pembangunan teknologi bonggol mikro bertujuan untuk mengurangkan dimensi jarak, tetapi hari ini, dengan menggunakan teknologi ikatan hibrid (kaedah sambungan Cu-Cu langsung), dimensi jarak satu digit boleh dicapai, menandakan kemajuan yang ketara dalam bidang. .
**Aliran Teknologi Utama untuk Dilihat:**
1. **Kawasan Lapisan Perantara yang Lebih Besar:** IDTechEx sebelum ini meramalkan bahawa disebabkan kesukaran lapisan perantara silikon melebihi had saiz reticle 3x, penyelesaian jambatan silikon 2.5D akan menggantikan lapisan perantara silikon sebagai pilihan utama untuk pembungkusan cip HPC. TSMC ialah pembekal utama lapisan perantara silikon 2.5D untuk NVIDIA dan pemaju HPC terkemuka lain seperti Google dan Amazon, dan syarikat itu baru-baru ini mengumumkan pengeluaran besar-besaran CoWoS_L generasi pertamanya dengan saiz reticle 3.5x. IDTechEx menjangkakan aliran ini akan berterusan, dengan kemajuan selanjutnya dibincangkan dalam laporannya meliputi pemain utama.
2. **Pembungkusan Tahap Panel:** Pembungkusan peringkat panel telah menjadi tumpuan penting, seperti yang diserlahkan pada Pameran Semikonduktor Antarabangsa Taiwan 2024. Kaedah pembungkusan ini membolehkan penggunaan lapisan perantara yang lebih besar dan membantu mengurangkan kos dengan menghasilkan lebih banyak pakej secara serentak. Walaupun potensinya, cabaran seperti pengurusan warpage masih perlu ditangani. Penonjolannya yang semakin meningkat mencerminkan permintaan yang semakin meningkat untuk lapisan perantara yang lebih besar dan lebih kos efektif.
3. **Lapisan Perantara Kaca:** Kaca muncul sebagai bahan calon yang kuat untuk mencapai pendawaian halus, setanding dengan silikon, dengan kelebihan tambahan seperti CTE boleh laras dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi. Lapisan perantara kaca juga serasi dengan pembungkusan peringkat panel, menawarkan potensi pendawaian berketumpatan tinggi pada kos yang lebih terurus, menjadikannya penyelesaian yang menjanjikan untuk teknologi pembungkusan masa hadapan.
4. **Ikatan Hibrid HBM:** Ikatan hibrid kuprum-kuprum (Cu-Cu) 3D ialah teknologi utama untuk mencapai sambung menegak pic ultra-halus antara cip. Teknologi ini telah digunakan dalam pelbagai produk pelayan mewah, termasuk AMD EPYC untuk SRAM dan CPU bertindan, serta siri MI300 untuk menyusun blok CPU/GPU pada mati I/O. Ikatan hibrid dijangka memainkan peranan penting dalam kemajuan HBM masa hadapan, terutamanya untuk susunan DRAM yang melebihi lapisan 16-Hi atau 20-Hi.
5. **Peranti Optik Pembungkusan Bersama (MSM):** Dengan permintaan yang semakin meningkat untuk pemprosesan data yang lebih tinggi dan kecekapan kuasa, teknologi antara sambungan optik telah mendapat perhatian yang besar. Peranti optik pakej bersama (CPO) menjadi penyelesaian utama untuk meningkatkan lebar jalur I/O dan mengurangkan penggunaan tenaga. Berbanding dengan penghantaran elektrik tradisional, komunikasi optik menawarkan beberapa kelebihan, termasuk pengecilan isyarat yang lebih rendah pada jarak jauh, mengurangkan sensitiviti crosstalk dan lebar jalur yang meningkat dengan ketara. Kelebihan ini menjadikan MSM sebagai pilihan ideal untuk sistem HPC intensif data dan cekap tenaga.
**Pasaran Utama untuk Dilihat:**
Pasaran utama memacu pembangunan teknologi pembungkusan 2.5D dan 3D sudah pasti adalah sektor pengkomputeran berprestasi tinggi (HPC). Kaedah pembungkusan lanjutan ini adalah penting untuk mengatasi batasan Undang-undang Moore, membolehkan lebih banyak transistor, ingatan dan sambungan dalam satu pakej. Penguraian cip juga membolehkan penggunaan optimum nod proses antara blok fungsi yang berbeza, seperti memisahkan blok I/O daripada blok pemprosesan, meningkatkan lagi kecekapan.
Selain pengkomputeran berprestasi tinggi (HPC), pasaran lain juga dijangka mencapai pertumbuhan melalui penggunaan teknologi pembungkusan termaju. Dalam sektor 5G dan 6G, inovasi seperti antena pembungkusan dan penyelesaian cip termaju akan membentuk masa depan seni bina rangkaian akses wayarles (RAN). Kenderaan autonomi juga akan mendapat manfaat, kerana teknologi ini menyokong penyepaduan suite sensor dan unit pengkomputeran untuk memproses sejumlah besar data sambil memastikan keselamatan, kebolehpercayaan, kekompakan, pengurusan kuasa dan haba serta keberkesanan kos.
Elektronik pengguna (termasuk telefon pintar, jam tangan pintar, peranti AR/VR, PC dan stesen kerja) semakin tertumpu pada pemprosesan lebih banyak data dalam ruang yang lebih kecil, walaupun penekanan yang lebih besar pada kos. Pembungkusan semikonduktor lanjutan akan memainkan peranan penting dalam aliran ini, walaupun kaedah pembungkusan mungkin berbeza daripada yang digunakan dalam HPC.
Masa siaran: 25-Okt-2024