Comment résoudre le problème thermique de l'emballage des puces
Les puces d'emballage avancées répondent non seulement aux besoins du calcul haute performance, de l'intelligence artificielle, de la croissance de la densité de puissance, etc., mais compliquent également les problèmes de dissipation thermique des emballages avancés. Parce qu'un point chaud sur une puce peut affecter la répartition de la chaleur des puces adjacentes. La vitesse d'interconnexion entre les puces est également plus lente dans les modules que dans les SoC.
Les ingénieurs recherchent des moyens efficaces pour dissiper la chaleur des modules complexes. Placer plusieurs puces côte à côte dans le même boîtier peut atténuer les problèmes thermiques, mais à mesure que l'entreprise se penche davantage sur l'empilement de puces et sur un emballage plus dense pour améliorer les performances et réduire la consommation, elle est confrontée à une série de nouveaux problèmes liés à la chaleur.
La zone d'emballage flip BGA populaire actuelle avec CPU et HBM mesure environ 2 500 millimètres carrés. Nous voyons qu'un gros jeton peut devenir quatre ou cinq petits jetons. Il est donc nécessaire d’avoir plus d’E/S pour que ces puces communiquent entre elles. Vous pouvez ainsi répartir la chaleur. En fait, certains appareils sont si complexes qu’il est difficile de remplacer facilement les composants afin de personnaliser ces appareils pour des applications spécifiques sur le terrain. C'est pourquoi de nombreux produits d'emballage avancés sont utilisés pour des composants présentant de très grandes quantités ou une élasticité de prix très importante, tels que les puces de serveur.
Au cours du processus de conception, les concepteurs de circuits peuvent avoir une idée des niveaux de puissance des différentes puces placées dans le module, mais ne pas savoir si ces niveaux de puissance se situent dans la plage de fiabilité. Par conséquent, les ingénieurs recherchent de nouvelles méthodes pour effectuer une analyse thermique de la fiabilité des emballages avant de fabriquer des modules d’emballage. Grâce à la simulation thermique, nous pouvons comprendre comment la chaleur est conduite à travers les puces de silicium, les circuits imprimés, les adhésifs, les TIM ou les couvercles d'emballage, tout en utilisant des méthodes standard telles que la différence de température et la fonction de puissance pour suivre les valeurs de température et de résistance.
La simulation thermique est la méthode la plus économique pour explorer la sélection et l’appariement des matériaux. En simulant les puces dans leur état de fonctionnement, nous découvrons généralement un ou plusieurs points chauds, nous pouvons donc ajouter du cuivre au substrat sous les points chauds pour faciliter la dissipation thermique ; Ou changez le matériau d'emballage et ajoutez un dissipateur thermique.
Dans l'emballage, plus de 90 % de la chaleur est dissipée du haut de la puce vers le dissipateur thermique à travers l'emballage, généralement une ailette verticale à base d'oxyde d'aluminium anodisé. Un matériau d'interface thermique (TIM) à haute conductivité thermique est placé entre la puce et le boîtier pour faciliter le transfert de chaleur. Le TIM de nouvelle génération pour processeurs comprend des alliages de tôles (tels que l'indium et l'étain), ainsi que de l'étain fritté d'argent, avec une conductivité de 60 W/mK et 50 W/mK, respectivement.
Le concept initial de l'emballage avancé est qu'il fonctionnera comme des blocs de construction LEGO : les puces développées à différents nœuds de processus peuvent être assemblées ensemble et les problèmes thermiques seront atténués. Mais cela a un coût. Du point de vue des performances et de la puissance, la distance sur laquelle le signal doit se propager est cruciale et le circuit reste toujours ouvert ou doit être partiellement ouvert, ce qui peut affecter les performances thermiques. Diviser les puces en plusieurs parties pour augmenter la production et la flexibilité n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Chaque interconnexion du packaging doit être optimisée et les hotspots ne sont plus limités à une seule puce.
Les premiers outils de modélisation pouvaient être utilisés pour exclure différentes combinaisons de puces, offrant ainsi une grande force motrice aux concepteurs de modules complexes. Dans cette ère d’augmentation continue de la densité de puissance, la simulation thermique et l’introduction de nouveaux TIM resteront essentielles.
