Pembungkusan semikonduktor telah berkembang daripada reka bentuk PCB 1D tradisional kepada ikatan hibrid 3D canggih pada peringkat wafer. Kemajuan ini membolehkan jarak saling sambung dalam julat mikron satu digit, dengan lebar jalur sehingga 1000 GB/s, sambil mengekalkan kecekapan tenaga yang tinggi. Teras teknologi pembungkusan semikonduktor canggih ialah pembungkusan 2.5D (di mana komponen diletakkan bersebelahan pada lapisan perantara) dan pembungkusan 3D (yang melibatkan penyusunan cip aktif secara menegak). Teknologi ini penting untuk masa depan sistem HPC.
Teknologi pembungkusan 2.5D melibatkan pelbagai bahan lapisan perantara, setiap satunya dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Lapisan perantara silikon (Si), termasuk wafer silikon pasif sepenuhnya dan jambatan silikon setempat, dikenali kerana menyediakan keupayaan pendawaian terbaik, menjadikannya sesuai untuk pengkomputeran berprestasi tinggi. Walau bagaimanapun, ia mahal dari segi bahan dan pembuatan serta menghadapi batasan dalam kawasan pembungkusan. Untuk mengurangkan isu-isu ini, penggunaan jambatan silikon setempat semakin meningkat, menggunakan silikon secara strategik di mana fungsi halus adalah penting sambil menangani kekangan kawasan.
Lapisan perantara organik, yang menggunakan plastik acuan kipas keluar, merupakan alternatif yang lebih kos efektif kepada silikon. Ia mempunyai pemalar dielektrik yang lebih rendah, yang mengurangkan kelewatan RC dalam pakej. Walaupun terdapat kelebihan ini, lapisan perantara organik bergelut untuk mencapai tahap pengurangan ciri interkoneksi yang sama seperti pembungkusan berasaskan silikon, sekali gus mengehadkan penggunaannya dalam aplikasi pengkomputeran berprestasi tinggi.
Lapisan perantara kaca telah mendapat minat yang ketara, terutamanya susulan pelancaran pembungkusan kenderaan ujian berasaskan kaca oleh Intel baru-baru ini. Kaca menawarkan beberapa kelebihan, seperti pekali pengembangan haba (CTE) yang boleh laras, kestabilan dimensi yang tinggi, permukaan yang licin dan rata, dan keupayaan untuk menyokong pembuatan panel, menjadikannya calon yang berpotensi 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 bonggol Cu-Cu menjadi teknologi inovatif yang terkemuka. Teknik canggih ini mencapai sambungan 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 yang ketara berbanding teknologi mikro-bonggol tradisional, yang mempunyai jarak bonggol kira-kira 40-50 mikron. Kelebihan ikatan hibrid termasuk peningkatan I/O, lebar jalur yang dipertingkatkan, susunan menegak 3D yang lebih baik, kecekapan kuasa yang lebih baik dan kesan parasit serta rintangan haba yang berkurangan disebabkan ketiadaan pengisian bawah. Walau bagaimanapun, teknologi ini rumit untuk dikeluarkan 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 mikro-bonggol 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 ini.
**Trend Teknologi Utama yang Perlu Diperhatikan:**
1. **Kawasan Lapisan Perantara yang Lebih Besar:** IDTechEx sebelum ini meramalkan bahawa disebabkan oleh kesukaran lapisan perantara silikon yang melebihi had saiz retikel 3x, penyelesaian jambatan silikon 2.5D akan menggantikan lapisan perantara silikon sebagai pilihan utama untuk pembungkusan cip HPC tidak lama lagi. TSMC ialah pembekal utama lapisan perantara silikon 2.5D untuk NVIDIA dan pembangun HPC terkemuka lain seperti Google dan Amazon, dan syarikat itu baru-baru ini mengumumkan pengeluaran besar-besaran CoWoS_L generasi pertamanya dengan saiz retikel 3.5x. IDTechEx menjangkakan trend ini akan berterusan, dengan kemajuan selanjutnya dibincangkan dalam laporannya yang merangkumi pemain utama.
2. **Pembungkusan Peringkat Panel:** Pembungkusan peringkat panel telah menjadi tumpuan penting, seperti yang diketengahkan di 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 mempunyai potensi, cabaran seperti pengurusan warpage masih perlu ditangani. Keutamaannya yang semakin meningkat mencerminkan permintaan yang semakin meningkat untuk lapisan perantara yang lebih besar dan lebih kos efektif.
3. **Lapisan Perantara Kaca:** Kaca sedang muncul sebagai bahan calon yang kukuh 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 untuk pendawaian berketumpatan tinggi pada kos yang lebih terkawal, menjadikannya penyelesaian yang menjanjikan untuk teknologi pembungkusan masa hadapan.
4. **Ikatan Hibrid HBM:** Ikatan hibrid kuprum-kuprum (Cu-Cu) 3D merupakan teknologi utama untuk mencapai sambungan 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 acuan I/O. Ikatan hibrid dijangka memainkan peranan penting dalam kemajuan HBM masa hadapan, terutamanya untuk tindanan DRAM yang melebihi lapisan 16-Hi atau 20-Hi.
5. **Peranti Optik Berpakej Bersama (CPO):** Dengan permintaan yang semakin meningkat untuk daya pemprosesan data dan kecekapan kuasa yang lebih tinggi, teknologi sambungan optik telah mendapat perhatian yang besar. Peranti optik berpakej 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 pelemahan isyarat yang lebih rendah dalam jarak jauh, kepekaan crosstalk yang berkurangan dan lebar jalur yang meningkat dengan ketara. Kelebihan ini menjadikan CPO pilihan ideal untuk sistem HPC yang intensif data dan cekap tenaga.
**Pasaran Utama untuk Diperhatikan:**
Pasaran utama yang memacu pembangunan teknologi pembungkusan 2.5D dan 3D tidak syak lagi ialah sektor pengkomputeran berprestasi tinggi (HPC). Kaedah pembungkusan canggih ini adalah penting untuk mengatasi batasan Hukum Moore, membolehkan lebih banyak transistor, memori dan sambungan dalam satu pakej. Penguraian cip juga membolehkan penggunaan nod proses yang optimum antara blok fungsi yang berbeza, seperti memisahkan blok I/O daripada blok pemprosesan, sekali gus meningkatkan lagi kecekapan.
Selain pengkomputeran berprestasi tinggi (HPC), pasaran lain juga dijangka mencapai pertumbuhan melalui penggunaan teknologi pembungkusan canggih. Dalam sektor 5G dan 6G, inovasi seperti antena pembungkusan dan penyelesaian cip canggih akan membentuk masa depan seni bina rangkaian akses tanpa wayar (RAN). Kenderaan autonomi juga akan mendapat manfaat, kerana teknologi ini menyokong penyepaduan suit 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, meskipun terdapat penekanan yang lebih besar pada kos. Pembungkusan semikonduktor canggih akan memainkan peranan penting dalam trend ini, walaupun kaedah pembungkusan mungkin berbeza daripada yang digunakan dalam HPC.
Masa siaran: 07 Okt-2024