Bagaimana mengatasi masalah termal pada kemasan chip
Chip pengemasan canggih tidak hanya memenuhi kebutuhan komputasi berkinerja tinggi, kecerdasan buatan, pertumbuhan kepadatan daya, dll., tetapi juga memperumit masalah pembuangan panas pada pengemasan canggih. Karena titik panas pada sebuah chip dapat mempengaruhi distribusi panas pada chip yang berdekatan. Kecepatan interkoneksi antar chip juga lebih lambat di modul dibandingkan di SoC.
Para insinyur sedang mencari cara efektif untuk menghilangkan panas dari modul yang rumit. Menempatkan beberapa chip secara berdampingan dalam paket yang sama dapat mengurangi masalah termal, namun seiring dengan semakin mendalaminya tumpukan chip dan pengemasan yang lebih padat untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi daya, mereka menghadapi serangkaian masalah baru terkait panas.
Area pengemasan BGA flip yang populer saat ini dengan CPU dan HBM adalah sekitar 2500 milimeter persegi. Kita melihat bahwa sebuah chip besar bisa menjadi empat atau lima chip kecil. Jadi diperlukan lebih banyak I/O agar chip-chip ini dapat berkomunikasi satu sama lain. Jadi Anda bisa mendistribusikan panas. Faktanya, beberapa perangkat sangat rumit sehingga sulit untuk mengganti komponen dengan mudah guna menyesuaikan perangkat ini untuk aplikasi bidang tertentu. Inilah sebabnya mengapa banyak produk kemasan canggih digunakan untuk komponen dengan kuantitas atau elastisitas harga yang sangat besar, seperti chip server.
Selama proses desain, perancang sirkuit mungkin memiliki konsep tingkat daya berbagai chip yang ditempatkan dalam modul, namun mungkin tidak mengetahui apakah tingkat daya ini berada dalam kisaran keandalan. Oleh karena itu, para insinyur mencari metode baru untuk melakukan analisis termal terhadap keandalan pengemasan sebelum membuat modul pengemasan. Melalui simulasi termal, kita dapat memahami bagaimana panas dihantarkan melalui chip silikon, papan sirkuit, perekat, TIM, atau penutup kemasan, sambil menggunakan metode standar seperti perbedaan suhu dan fungsi daya untuk melacak nilai suhu dan resistansi.
Simulasi termal adalah metode paling ekonomis untuk mengeksplorasi pemilihan dan pencocokan material. Dengan mensimulasikan chip dalam kondisi kerjanya, kami biasanya menemukan satu atau lebih hotspot, sehingga kami dapat menambahkan tembaga ke substrat di bawah hotspot untuk memfasilitasi pembuangan panas; Atau ganti bahan kemasan dan tambahkan heat sink.
Dalam kemasan, lebih dari 90% panas dibuang dari bagian atas chip ke unit pendingin melalui kemasan, biasanya sirip vertikal berbahan dasar aluminium oksida anodized. Bahan antarmuka termal (TIM) dengan konduktivitas termal tinggi ditempatkan di antara chip dan kemasan untuk membantu mentransfer panas. TIM generasi berikutnya untuk CPU mencakup paduan lembaran logam (seperti indium dan timah), serta timah sinter perak, dengan konduktivitas masing-masing 60W/mK dan 50W/mK.
Konsep awal dari pengemasan tingkat lanjut adalah bahwa ia akan bekerja seperti blok penyusun LEGO - chip yang dikembangkan pada node proses yang berbeda dapat dirakit bersama, dan masalah termal akan diatasi. Tapi ini harus dibayar mahal. Dari perspektif kinerja dan daya, jarak yang dibutuhkan sinyal untuk merambat sangat penting, dan rangkaian selalu terbuka atau perlu terbuka sebagian, yang dapat mempengaruhi kinerja termal. Memisahkan chip menjadi beberapa bagian untuk meningkatkan produksi dan fleksibilitas tidaklah sesederhana kelihatannya. Setiap interkoneksi dalam kemasannya harus dioptimalkan, dan hotspot tidak lagi terbatas pada satu chip.
Alat pemodelan awal dapat digunakan untuk mengecualikan kombinasi chip yang berbeda, sehingga memberikan kekuatan pendorong yang besar bagi perancang modul yang kompleks. Di era kepadatan daya yang terus meningkat, simulasi termal dan pengenalan TIM baru masih penting.
