Kuinka ratkaista lastupakkausten lämpöongelma
Kehittyneet pakkaussirut eivät ainoastaan täytä korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn, tekoälyn, tehotiheyden kasvun jne. tarpeita, vaan myös vaikeuttavat kehittyneiden pakkausten lämmönpoistoongelmia. Koska palan kuuma piste voi vaikuttaa viereisten lastujen lämmönjakaumaan. Myös sirujen välinen kytkentänopeus on moduuleissa hitaampi kuin SoC:ssa.
Insinöörit etsivät tehokkaita tapoja poistaa lämpöä monimutkaisista moduuleista. Useiden sirujen sijoittaminen vierekkäin samaan pakkaukseen voi lievittää lämpöongelmia, mutta kun yritys syventää lastujen pinoamista ja tiheämpää pakkausta parantaakseen suorituskykyä ja vähentääkseen tehoa, se kamppailee joukon uusia lämpöön liittyviä ongelmia.
Nykyinen suosittu Flip BGA -pakkausalue CPU:lla ja HBM:llä on noin 2500 neliömillimetriä. Näemme, että suuresta pelimerkistä voi tulla neljä tai viisi pientä pelimerkkiä. Joten tarvitaan enemmän I/O:ta, jotta nämä sirut voivat kommunikoida keskenään. Joten voit jakaa lämpöä. Itse asiassa jotkut laitteet ovat niin monimutkaisia, että on vaikea vaihtaa helposti komponentteja, jotta nämä laitteet voidaan mukauttaa tiettyihin kenttäsovelluksiin. Tästä syystä monia kehittyneitä pakkaustuotteita käytetään komponentteihin, joissa on erittäin suuria määriä tai hintajoustoa, kuten palvelinsiruja.
Suunnitteluprosessin aikana piirisuunnittelijoilla saattaa olla käsitys moduuliin sijoitettujen eri sirujen tehotasoista, mutta he eivät välttämättä tiedä, ovatko nämä tehotasot luotettavuusalueella. Siksi insinöörit etsivät uusia menetelmiä pakkausten luotettavuuden lämpöanalyysin tekemiseksi ennen pakkausmoduulien valmistusta. Lämpösimuloinnin avulla voimme ymmärtää, kuinka lämpö johdetaan piisirujen, piirilevyjen, liimojen, TIM:ien tai pakkauskansien läpi, samalla kun käytämme vakiomenetelmiä, kuten lämpötilaeroa ja tehotoimintoa lämpötila- ja vastusarvojen seuraamiseen.
Lämpösimulaatio on taloudellisin tapa tutkia materiaalien valintaa ja sovittamista. Simuloimalla siruja niiden toimintatilassa löydämme yleensä yhden tai useamman hotspotin, joten voimme lisätä kuparia alustaan hotspottien alapuolelle lämmön haihtumisen helpottamiseksi; Tai vaihda pakkausmateriaali ja lisää jäähdytyselementti.
Pakkauksissa yli 90 % lämmöstä haihtuu sirun yläosasta jäähdytyselementtiin pakkauksen, yleensä anodisoituun alumiinioksidiin perustuvan pystyrivan kautta. Sirun ja pakkauksen väliin on sijoitettu korkean lämmönjohtavuuden omaava lämpörajapintamateriaali (TIM), joka helpottaa lämmön siirtämistä. Seuraavan sukupolven TIM prosessoreille sisältää metallilevyseoksia (kuten indiumia ja tinaa) sekä hopeasintrattua tinaa, joiden johtavuus on 60 W/mK ja 50 W/mK.
Edistyneen pakkauksen alkuperäinen konsepti on, että se toimii kuten LEGO-rakennuspalikoita – eri prosessisolmuissa kehitetyt sirut voidaan koota yhteen, jolloin lämpöongelmat lievenevät. Mutta tämä maksaa. Suorituskyvyn ja tehon kannalta signaalin etenemisetäisyys on ratkaiseva, ja piiri pysyy aina auki tai sen on oltava osittain auki, mikä voi vaikuttaa lämpösuorituskykyyn. Sirujen jakaminen useisiin osiin tuotannon ja joustavuuden lisäämiseksi ei ole niin yksinkertaista kuin miltä se saattaa näyttää. Jokainen pakkauksen liitäntä on optimoitava, eivätkä hotspotit enää rajoitu yhteen siruun.
Varhaisia mallinnustyökaluja voitiin käyttää erilaisten siruyhdistelmien poissulkemiseen, mikä tarjosi suuren voiman monimutkaisten moduulien suunnittelijoille. Tällä jatkuvasti kasvavan tehotiheyden aikakaudella lämpösimulaatio ja uusien TIM-laitteiden käyttöönotto ovat edelleen tärkeitä.
