Conas na fadhbanna teirmeacha a bhaineann le pacáistiú sliseanna a réiteach

  Gineann sliseanna loighic teas, agus dá airde an loighic agus dá airde úsáid na n-eilimintí próiseála, is mó an teas. ...
Tá innealtóirí ag lorg bealaí chun teas ó mhodúil chasta a scaipeadh go héifeachtach.

Má chuirtear sceallóga iolracha taobh le taobh sa phacáiste céanna, féadann siad saincheisteanna teirmeacha a mhaolú, ach de réir mar a théann cuideachtaí níos faide isteach i gcruacháil sliseanna agus i bpacáistiú níos dlúithe chun feidhmíocht a mhéadú agus cumhacht a laghdú, tá siad ag troid le sraith nua saincheisteanna a bhaineann le teas.

Ní hamháin gur féidir le sliseanna pacáistithe chun cinn freastal ar riachtanais na ríomhaireachta ardfheidhmíochta, na hintleachta saorga, fás dlús cumhachta, etc., ach tá saincheisteanna diomailt teasa an phacáistithe chun cinn tar éis éirí casta freisin. Toisc go mbeidh tionchar ag spotaí te ar sliseanna amháin ar dháileadh teasa na sliseanna in aice láimhe. Tá an luas idirnasctha idir sceallóga níos moille freisin i modúil ná i SoCs.

"Sula ndeachaigh an domhan isteach i rudaí cosúil le il-lárnach, bhí tú ag déileáil le sliseanna a raibh cumhacht uasta de thart ar 150 vata in aghaidh an ceintiméadar cearnach, a bhí ina fhoinse teasa aon phointe," a dúirt John Parry, ceann leictreonaice agus leathsheoltóirí ag Bogearraí Siemens Digital Industries. Is féidir leat teas a scaipeadh i ngach ceann de na trí threo, ionas gur féidir leat roinnt dlús cumhachta ard go leor a bhaint amach. Ach nuair a bhíonn sliseanna agat agus cuir sliseanna eile in aice leis, agus ansin cuir sliseanna eile in aice leis, déanann siad "Tá siad ag teas a chéile. Ciallaíonn sé sin nach féidir leat an leibhéal cumhachta céanna a fhulaingt do gach sliseanna, rud a fhágann go bhfuil an teirmeachóip agat. dúshlán i bhfad níos deacra."

Is é seo ceann de na príomhchúiseanna le dul chun cinn mall cruachta 3D-IC sa mhargadh. Cé go ndéanann an coincheap ciall ó thaobh éifeachtúlachta cumhachta agus comhtháthú - agus go n-oibríonn sé go maith i 3D NAND agus HBM - is scéal difriúil é nuair a chuirtear an loighic san áireamh. Gineann sliseanna loighic teas, agus dá dlúithe an loighic agus dá airde an úsáid na n-eilimintí próiseála, is mó an teas.Is é seo a dhéanann cruachta loighic annamh, a mhíníonn an tóir a bhí ar smeach-sliseanna 2.5D BGA agus dearaí lucht leanúna-amach.

 

 

01 Roghnaigh an pacáiste ceart

Maidir le dearthóirí sliseanna, tá go leor roghanna pacáistithe ann. Ach tá feidhmíocht comhtháthú sliseanna ríthábhachtach. Tá comhéifeachtaí éagsúla leathnaithe teirmeacha (TCE) ag comhpháirteanna ar nós sileacain, TSVanna, piléir copair, a chuireann isteach ar tháirgeacht an chomhthionóil agus ar iontaofacht fhadtéarmach.

Má osclaíonn tú agus má dhúnann tú ar mhinicíocht níos airde, féadfaidh tú dul i ngleic le saincheisteanna rothaíochta teirmeach. Leathnaíonn agus conraíonn an bord ciorcad priontáilte, liathróidí solder, agus sileacain ar rátaí éagsúla. Mar sin, is gnách teipeanna rothaíochta teirmeacha a fheiceáil i gcoirnéil an phacáiste, áit a bhféadfadh na liathróidí solder crack. Mar sin d'fhéadfadh duine sreang talún breise a chur ann nó soláthar cumhachta breise.

Tá réimse de thart ar 2500 milliméadar cearnach ag an bpacáiste BGA smeach-sliseanna atá coitianta faoi láthair le CPU agus HBM. "Táimid ag feiceáil sliseanna mór amháin a d'fhéadfadh a bheith ceithre nó cúig sceallóga beaga," a dúirt Mike McIntyre, stiúrthóir bainistíochta táirgí bogearraí ag Onto Innovation. "Mar sin caithfidh tú níos mó I/O a bheith agat chun ligean do na sceallóga sin labhairt lena chéile. Mar sin is féidir leat teas a leithdháileadh.

Ar deireadh thiar, is saincheist é fuarú ar féidir déileáil leis ag leibhéal an chórais, agus tagann sé le sraith de chomhbhabhtáil.

Go deimhin, tá roinnt feistí chomh casta sin go bhfuil sé deacair comhpháirteanna a athsholáthar go héasca chun na feistí seo a shaincheapadh do réimse iarratais ar leith. Sin é an fáth go n-úsáidtear go leor táirgí pacáistithe chun cinn le haghaidh comhpháirteanna an-ard-toirte nó praghas-leaisteacha, mar sceallóga freastalaí.

02 Dul chun cinn in ionsamhlú agus tástáil mhodúil sliseanna

Mar sin féin, tá innealtóirí ag lorg bealaí nua chun anailís theirmeach a dhéanamh ar iontaofacht pacáiste sula ndéantar modúil pacáistithe. Mar shampla, soláthraíonn Siemens sampla de mhodúl dé-ASIC-bhunaithe a ghairfidh ciseal athdháilte lucht leanúna (RDL) ar fhoshraith orgánach ilchiseal i bpacáiste BGA. Úsáideann sé dhá mhúnla, ceann amháin le haghaidh WLP bunaithe ar RDL agus an ceann eile do BGA ar fhoshraitheanna orgánacha ilchiseal. Tá na samhlacha pacáiste seo paraiméadracha, lena n-áirítear an stack ciseal tsubstráit agus BGA sula gcuirtear faisnéis EDA isteach, agus cuireann siad ar chumas meastóireachta luath-ábhar agus roghnú socrúcháin bás. Ansin, allmhairíodh sonraí EDA agus, do gach samhail, chuir léarscáileanna ábhar cur síos mionsonraithe teirmeach ar dháileadh copair i ngach sraith. Bhreithnigh an insamhalta diomailt teasa deiridh (féach Fíor 2) na hábhair go léir ach amháin an caipín miotail, TIM, agus ábhair tearclíonta.

 

  Tháinig Stiúrthóir Margaíochta Teicniúil JCET Eric Ouyang isteach le hinnealtóirí JCET agus Meta chun comparáid a dhéanamh idir feidhmíocht theirmeach sliseanna monolithic, modúil il-sliseanna, interposers 2.5D agus sliseanna cruachta 3D le ASIC amháin agus dhá SRAM. Coinníonn an próiseas comparáide timpeallacht an fhreastalaí, doirteal teasa le seomra folúis, agus TIM tairiseach. Feidhmíonn ciallmhar teirmeach, 2.5D agus MCM níos fearr ná sliseanna 3D nó monolithic. Dhear Ouyang agus a chomhghleacaithe ag JCET léaráid maitrís friotóra agus clúdach cumhachta (féach Fíor 3) is féidir a úsáid i ndearadh luath-mhodúil chun leibhéil chumhachta ionchuir sliseanna éagsúla a chinneadh agus acomhail a shocrú roimh insamhaltaí teirmeacha am-íditheach. Cibé an féidir an teocht a chomhcheangal go hiontaofa. Mar a thaispeántar san fhigiúr, leagann crios sábháilte béim ar an raon cumhachta ar gach sliseanna a chomhlíonann caighdeáin iontaofachta.

Mhínigh Ouyang, le linn an phróisis dhearaidh, go bhféadfadh go mbeadh smaoineamh ag dearthóirí ciorcaid ar leibhéil chumhachta na sliseanna éagsúla a chuirtear sa mhodúl, ach b'fhéidir nach mbeadh a fhios acu an bhfuil na leibhéil chumhachta sin laistigh de theorainneacha iontaofachta. Cinneann an léaráid seo an limistéar cumhachta sábháilte ar feadh suas le trí sceallóga i modúl sliseanna. Tá áireamhán cumhachta uathoibríoch forbartha ag an bhfoireann le haghaidh níos mó sceallóga.

 

03 Cainníochtaigh friotaíocht teirmeach

Is féidir linn a thuiscint conas a sheoltar teas tríd an sliseanna sileacain, an bord ciorcad, an gliú, an TIM nó an clúdach pacáiste, agus úsáid a bhaint as modhanna caighdeánacha difríochta teochta agus feidhm chumhachta chun luachanna teochta agus friotaíochta a rianú.

"Déantar an cosán teirmeach a chainníochtú trí phríomhluachanna - an friotaíocht teirmeach ón acomhal gléas leis an gcomhshaol, an friotaíocht teirmeach ón acomhal go dtí an cás [ar bharr an phacáiste], agus an friotaíocht teirmeach ón acomhal go dtí an bord ciorcad," a dúirt Ouyang JCET. friotaíocht teirmeach. Thug sé faoi deara, ar a laghad, go dteastaíonn θja, θjc, agus θjb ó chustaiméirí JCET, a úsáideann siad ansin i ndearadh córais. Féadfaidh siad a cheangal nach sáróidh friotaíocht teirmeach ar leith luach sonrach agus go n-éileodh siad go soláthróidh dearadh an phacáiste an fheidhmíocht sin. (Féach JESD51-12 JEDEC, Treoirlínte maidir le Faisnéis Theirmeach Pacáiste a Thuairisciú agus a Úsáid le haghaidh sonraí).

 

  Is é insamhalta teirmeach an bealach is eacnamaí chun roghnú agus meaitseáil ábhar a iniúchadh. Tríd an sliseanna a insamhladh i riocht oibre, is gnách go bhfaighimid spotaí te amháin nó níos mó, ionas gur féidir linn copar a chur leis an mbunábhar faoi bhun na spotaí te chun diomailt teasa a éascú; nó an t-ábhar pacáistithe a athrú agus doirteal teasa a chur leis. Féadfaidh an comhtháthóir córais a shonrú nach mór nach sáróidh na frithsheasmhachta teirmeacha θja, θjc, agus θjb luachanna áirithe. De ghnáth, ba cheart an teocht acomhal sileacain a choinneáil faoi bhun 125 céim.

Tar éis an insamhalta a bheith críochnaithe, déanann an mhonarcha pacáistithe dearadh turgnaimh (DOE) chun teacht ar an réiteach pacáistithe deiridh.

04 Roghnaigh TIM

I bpacáiste, déantar níos mó ná 90% den teas a scaipeadh tríd an bpacáiste ó bharr an sliseanna go dtí doirteal teasa, de ghnáth eití ingearacha anodized alúmanam-bhunaithe. Cuirtear ábhar comhéadan teirmeach (TIM) le seoltacht ard teirmeach idir an sliseanna agus an pacáiste chun cabhrú le teas a aistriú. Áirítear le TIManna den chéad ghlúin eile le haghaidh LAP cóimhiotail leathánmhiotail amhail indiam agus stáin, chomh maith le stán airgead-shintéirithe, le seoltaí 60W/mK agus 50W/mK faoi seach.

De réir mar a aistríonn monaróirí SoCanna chuig próisis sliseanna, tá gá le níos mó TIM a bhfuil airíonna agus tiús éagsúla acu.

Dúirt YoungDo Kweon, stiúrthóir sinsearach T & F ag Amkor, go bhfuil tionchar níos mó ag friotaíocht teirmeach an TIM idir an sliseanna agus an pacáiste ar fhriotaíocht theirmeach foriomlán an mhodúil pacáistithe i gcás córais ard-dlúis. Tá treochtaí cumhachta ag méadú go mór, go háirithe le haghaidh loighic, agus mar sin dírímid ar theocht acomhal a choinneáil íseal chun oibriú iontaofa leathsheoltóra a chinntiú. Cé go soláthraíonn soláthraithe TIM luachanna friotaíochta teirmeach dá n-ábhar, i ndáiríre, bíonn tionchar ag an bpróiseas tionóil féin ar an bhfriotaíocht theirmeach ó sliseanna go pacáiste (θjc), lena n-áirítear an caighdeán nascáil agus an limistéar teagmhála idir an sliseanna agus TIM. Thug sé faoi deara go bhfuil sé ríthábhachtach tástáil le huirlisí cóimeála iarbhír agus ábhair nascáil i dtimpeallacht rialaithe chun feidhmíocht theirmeach iarbhír a thuiscint agus an TIM is fearr a roghnú le haghaidh cáilíocht an chustaiméara.

Is fadhb ar leith iad bearnaí. Dúirt Siemens' Parry, "Is dúshlán mór é úsáid na n-ábhar i bpacáistiú. Tá a fhios againn cheana féin go ndéanfaidh airíonna ábhar an ghreamaitheach nó an gliú, agus an bealach a fhliuchann an t-ábhar an dromchla, difear don fhriotaíocht theirmeach iomlán a chuireann an t-ábhar i láthair, is é sin, an fhriotaíocht teagmhála.

 

05 Déileáil ar bhealach difriúil le saincheisteanna teasa

Tá bealaí á lorg ag déantóirí sliseanna chun fadhb an diomailt teasa a réiteach. Dúirt Randy White, bainisteoir clár réitigh cuimhne ag Keysight Technologies: "Tá an modh pacáistithe mar an gcéanna, má laghdaíonn tú an méid sliseanna faoi cheathrú, luasóidh sé. D'fhéadfadh go mbeadh roinnt difríochtaí sláine comhartha ann. Mar gheall ar na heochracha pacáiste seachtracha Téann an sreang nasctha isteach sa sliseanna, agus dá fhad an sreang, is mó an ionduchtacht, mar sin tá an chuid feidhmíochta leictreach Mar sin, conas a scaipeann tú an oiread sin fuinnimh i spás beag go leor? ."

Mar thoradh air seo tá infheistíocht shuntasach i dtaighde ceannródaíoch ar nascáil, ag díriú ar nascáil hibrideach de réir dealraimh. Ach tá nascáil hibrideach costasach agus fós teoranta d'fheidhmchláir ardfheidhmíochta de chineál próiseálaí, agus tá TSMC ar cheann de na cuideachtaí amháin a thairgeann an teicneolaíocht seo faoi láthair. Mar sin féin, tá na hionchais maidir le fótóin a chomhcheangal ar sceallóga CMOS nó nítríd ghailliam ar sileacain tuar dóchais inti.

06 Conclúid

Is é an smaoineamh tosaigh maidir le pacáistiú chun cinn ná go n-oibreoidh sé cosúil le brící Lego - is féidir sliseanna a fhorbraítear ag nóid phróisis éagsúla a chur le chéile le chéile agus déanfar saincheisteanna teirmeacha a mhaolú. Ach tagann sé seo ar chostas. Ó thaobh feidhmíochta agus cumhachta de, tá an t-achar a chaithfidh an comhartha a thaisteal tábhachtach, agus is féidir le ciorcaid a bhíonn i gcónaí ar oscailt, nó a gcaithfidh siad fanacht go páirteach, tionchar a imirt ar fheidhmíocht theirmeach. Níl sé chomh simplí sliseanna a roinnt ina ilchodanna chun toradh agus solúbthacht a mhéadú. Ní mór gach idirnasc sa phacáiste a bharrfheabhsú, agus níl na hotspots teoranta do aon sliseanna amháin a thuilleadh.

D’fhéadfaí uirlisí samhaltaithe luatha a úsáid chun teaglaim éagsúla sliseanna a chur as an áireamh, rud a chuirfeadh borradh mór faoi dhearthóirí modúil casta. Sa ré seo ina bhfuil dlús cumhachta ag síormhéadú, beidh ionsamhlú teirmeach agus tabhairt isteach TIManna nua riachtanach i gcónaí.