Kā atrisināt skaidu iepakošanas termisko problēmu
Uzlabotas iepakojuma mikroshēmas ne tikai atbilst augstas veiktspējas skaitļošanas, mākslīgā intelekta, jaudas blīvuma pieauguma utt. vajadzībām, bet arī sarežģī uzlabotā iepakojuma siltuma izkliedes problēmas. Tā kā mikroshēmas karstais punkts var ietekmēt blakus esošo mikroshēmu siltuma sadalījumu. Arī savstarpējā savienojuma ātrums starp mikroshēmām moduļos ir mazāks nekā SoC.
Inženieri meklē efektīvus veidus, kā izkliedēt siltumu no sarežģītiem moduļiem. Vairāku mikroshēmu ievietošana blakus vienā iepakojumā var mazināt termiskās problēmas, taču, tā kā uzņēmums turpina iedziļināties skaidu sakraušanā un blīvākā iepakojumā, lai uzlabotu veiktspēju un samazinātu jaudu, viņi cīnās ar virkni jaunu problēmu saistībā ar siltumu.
Pašreizējais populārais BGA iepakojuma laukums ar CPU un HBM ir aptuveni 2500 kvadrātmilimetru. Mēs redzam, ka liela mikroshēma var kļūt par četrām vai piecām mazām mikroshēmām. Tāpēc ir nepieciešams vairāk I/O, lai šīs mikroshēmas varētu sazināties savā starpā. Tātad jūs varat sadalīt siltumu. Faktiski dažas ierīces ir tik sarežģītas, ka ir grūti viegli nomainīt komponentus, lai pielāgotu šīs ierīces konkrētiem lauka lietojumiem. Tāpēc daudzi uzlaboti iepakojuma produkti tiek izmantoti komponentiem ar ļoti lielu daudzumu vai cenu elastību, piemēram, serveru mikroshēmām.
Projektēšanas procesā ķēžu dizaineriem var būt priekšstats par dažādu modulī ievietotu mikroshēmu jaudas līmeņiem, taču viņi var nezināt, vai šie jaudas līmeņi ir uzticamības diapazonā. Tāpēc inženieri meklē jaunas metodes, lai pirms iepakojuma moduļu izgatavošanas veiktu iepakojuma uzticamības termisko analīzi. Izmantojot termisko simulāciju, mēs varam saprast, kā siltums tiek vadīts, izmantojot silīcija mikroshēmas, shēmas plates, līmvielas, TIM vai iepakojuma pārsegus, vienlaikus izmantojot standarta metodes, piemēram, temperatūras starpības un jaudas funkciju, lai izsekotu temperatūras un pretestības vērtībām.
Termiskā simulācija ir visekonomiskākā metode materiālu izvēles un saskaņošanas izpētei. Imitējot mikroshēmas to darba stāvoklī, mēs parasti atklājam vienu vai vairākus karstos punktus, tāpēc mēs varam pievienot varu substrātam zem karstajiem punktiem, lai atvieglotu siltuma izkliedi; Vai arī nomainiet iepakojuma materiālu un pievienojiet siltuma izlietni.
Iepakojumā vairāk nekā 90% siltuma tiek izkliedēti no mikroshēmas augšdaļas uz siltuma izlietni caur iepakojumu, parasti vertikālu spuru, kuras pamatā ir anodēts alumīnija oksīds. Termiskās saskarnes materiāls (TIM) ar augstu siltumvadītspēju ir novietots starp mikroshēmu un iepakojumu, lai palīdzētu pārnest siltumu. Nākamās paaudzes TIM centrālajiem procesoriem ietver metāla lokšņu sakausējumus (piemēram, indiju un alvu), kā arī sudraba saķepināto alvu ar vadītspēju attiecīgi 60W/mK un 50W/mK.
Sākotnējā uzlabotā iepakojuma koncepcija ir tāda, ka tas darbosies kā LEGO celtniecības bloki - dažādos procesa mezglos izstrādātās mikroshēmas var tikt saliktas kopā, un tiks atvieglotas termiskās problēmas. Bet tas maksā. No veiktspējas un jaudas viedokļa signāla izplatības attālumam ir izšķiroša nozīme, un ķēde vienmēr paliek atvērta vai tai jābūt daļēji atvērtai, kas var ietekmēt siltuma veiktspēju. Mikroshēmu sadalīšana vairākās daļās, lai palielinātu ražošanu un elastību, nav tik vienkārša, kā varētu šķist. Katrs iepakojuma savienojums ir jāoptimizē, un karstie punkti vairs nav ierobežoti ar vienu mikroshēmu.
Agrīnus modelēšanas rīkus varētu izmantot, lai izslēgtu dažādas mikroshēmu kombinācijas, nodrošinot lielu dzinējspēku sarežģītu moduļu dizaineriem. Šajā nepārtraukti pieaugošā jaudas blīvuma laikmetā joprojām būtiska būs termiskā simulācija un jaunu TIM ieviešana.
