Com resoldre el problema tèrmic dels envasos de xips
Els xips d'embalatge avançat no només satisfan les necessitats de la informàtica d'alt rendiment, la intel·ligència artificial, el creixement de la densitat de potència, etc., sinó que també compliquen els problemes de dissipació de calor dels envasos avançats. Perquè un punt calent en un xip pot afectar la distribució de calor dels xips adjacents. La velocitat d'interconnexió entre xips també és més lenta en mòduls que en SoC.
Els enginyers busquen maneres efectives de dissipar la calor dels mòduls complexos. Col·locar diverses fitxes una al costat de l'altra en el mateix paquet pot alleujar els problemes tèrmics, però a mesura que l'empresa aprofundeix en l'apilament de xips i en l'embalatge més dens per millorar el rendiment i reduir la potència, estan lluitant contra una sèrie de nous problemes relacionats amb la calor.
L'actual popular àrea d'embalatge BGA amb CPU i HBM és d'aproximadament 2500 mil·límetres quadrats. Veiem que un xip gran pot convertir-se en quatre o cinc fitxes petites. Per tant, és necessari tenir més E/S per tal que aquests xips es comuniquin entre ells. Així podeu distribuir la calor. De fet, alguns dispositius són tan complexos que és difícil substituir components fàcilment per personalitzar aquests dispositius per a aplicacions de camp específiques. És per això que molts productes d'embalatge avançats s'utilitzen per a components amb quantitats molt grans o elasticitat de preu, com els xips de servidor.
Durant el procés de disseny, els dissenyadors de circuits poden tenir un concepte dels nivells de potència de diversos xips col·locats al mòdul, però potser no saben si aquests nivells de potència es troben dins del rang de fiabilitat. Per tant, els enginyers busquen nous mètodes per dur a terme anàlisis tèrmiques de la fiabilitat dels envasos abans de fabricar mòduls d'embalatge. Mitjançant la simulació tèrmica, podem entendre com es condueix la calor a través de xips de silici, plaques de circuits, adhesius, TIM o cobertes d'embalatge, mentre utilitzem mètodes estàndard com la diferència de temperatura i la funció de potència per fer un seguiment dels valors de temperatura i resistència.
La simulació tèrmica és el mètode més econòmic per explorar la selecció i la combinació de materials. Simulant xips en el seu estat de treball, normalment descobrim un o més punts calents, de manera que podem afegir coure al substrat per sota dels punts calents per facilitar la dissipació de la calor; O canvieu el material d'embalatge i afegiu-hi un dissipador de calor.
En els envasos, més del 90% de la calor es dissipa des de la part superior del xip fins al dissipador de calor a través de l'embalatge, normalment una aleta vertical basada en òxid d'alumini anoditzat. Es col·loca un material d'interfície tèrmica (TIM) amb alta conductivitat tèrmica entre el xip i el paquet per ajudar a transferir la calor. La propera generació de TIM per a CPU inclou aliatges de xapa metàl·lica (com ara indi i estany), així com estany sinteritzat amb plata, amb una conductivitat de 60 W/mK i 50 W/mK, respectivament.
El concepte inicial d'embalatge avançat és que funcionarà com els blocs de construcció de LEGO: els xips desenvolupats en diferents nodes de procés es poden muntar junts i s'alleujaran els problemes tèrmics. Però això té un cost. Des de la perspectiva del rendiment i la potència, la distància que el senyal ha de propagar és crucial, i el circuit sempre roman obert o ha d'estar parcialment obert, cosa que pot afectar el rendiment tèrmic. Dividir els xips en diverses parts per augmentar la producció i la flexibilitat no és tan senzill com pot semblar. Cada interconnexió de l'embalatge s'ha d'optimitzar i els hotspots ja no es limiten a un sol xip.
Les primeres eines de modelatge es podrien utilitzar per excloure diferents combinacions de xips, proporcionant una gran força motriu per als dissenyadors de mòduls complexos. En aquesta era d'augment constant de la densitat de potència, la simulació tèrmica i la introducció de nous TIM encara seran essencials.
