כיצד לפתור את הבעיה התרמית של אריזת שבבים
שבבי אריזה מתקדמים לא רק עונים על הצרכים של מחשוב בעל ביצועים גבוהים, בינה מלאכותית, צמיחת צפיפות הספק וכו', אלא גם מסבכים את בעיות פיזור החום של אריזה מתקדמת. מכיוון שנקודה חמה על שבב יכולה להשפיע על פיזור החום של שבבים סמוכים. גם מהירות החיבור בין שבבים איטית יותר במודולים מאשר ב-SoC.
מהנדסים מחפשים דרכים יעילות לפזר חום ממודולים מורכבים. הצבת שבבים מרובים זה לצד זה באותה חבילה יכולה להקל על בעיות תרמיות, אך ככל שהחברה מתעמקת בערימת שבבים ובאריזה צפופה יותר כדי לשפר ביצועים ולהפחית את הספק, הם נאבקים בשורה של בעיות חדשות הקשורות לחום.
אזור האריזה Flip BGA הפופולרי הנוכחי עם CPU ו-HBM הוא כ-2500 מילימטרים רבועים. אנו רואים ששבב גדול עשוי להפוך לארבעה או חמישה שבבים קטנים. אז יש צורך ב-I/O נוסף כדי שהשבבים האלה יתקשרו זה עם זה. אז אתה יכול לפזר חום. למעשה, חלק מהמכשירים הם כה מורכבים עד שקשה להחליף בקלות רכיבים על מנת להתאים את המכשירים הללו ליישומי שטח ספציפיים. זו הסיבה שהרבה מוצרי אריזה מתקדמים משמשים לרכיבים בעלי כמויות גדולות מאוד או גמישות מחיר, כמו שבבי שרת.
במהלך תהליך התכנון, יתכן למתכנני מעגלים יש מושג לגבי רמות ההספק של שבבים שונים המוצבים במודול, אך הם עשויים שלא לדעת אם רמות ההספק הללו נמצאות בטווח האמינות. לכן, מהנדסים מחפשים שיטות חדשות לביצוע ניתוח תרמי של אמינות האריזה לפני ייצור מודולי אריזה. באמצעות סימולציה תרמית, אנו יכולים להבין כיצד חום מועבר דרך שבבי סיליקון, לוחות מעגלים, דבקים, TIMs או כיסויי אריזה, תוך שימוש בשיטות סטנדרטיות כגון הפרש טמפרטורה ותפקוד כוח למעקב אחר ערכי טמפרטורה והתנגדות.
הדמיה תרמית היא השיטה החסכונית ביותר לבחינת הבחירה והתאמת החומרים. על ידי הדמיית שבבים במצב העבודה שלהם, אנו מגלים בדרך כלל נקודה חמה אחת או יותר, כך שנוכל להוסיף נחושת למצע מתחת לנקודות החמות כדי להקל על פיזור החום; או שנה את חומר האריזה והוסף גוף קירור.
באריזה, מעל 90% מהחום מתפזר מהחלק העליון של השבב אל גוף הקירור דרך האריזה, לרוב סנפיר אנכי המבוסס על תחמוצת אלומיניום אנודייזית. חומר ממשק תרמי (TIM) עם מוליכות תרמית גבוהה ממוקם בין השבב לאריזה כדי לסייע בהעברת חום. הדור הבא של TIM למעבדים כולל סגסוגות של גיליונות מתכת (כגון אינדיום ופח), כמו גם פח סינטר כסף, עם מוליכות של 60W/mK ו-50W/mK, בהתאמה.
התפיסה הראשונית של אריזה מתקדמת היא שהיא תעבוד כמו אבני בניין של LEGO - ניתן להרכיב שבבים שפותחו בצמתי תהליכים שונים, ובעיות תרמיות יקלו. אבל זה גובה מחיר. מנקודת המבט של ביצועים וכוח, המרחק שהאות צריך להתפשט הוא קריטי, והמעגל תמיד נשאר פתוח או צריך להיות פתוח חלקית, מה שיכול להשפיע על הביצועים התרמיים. פיצול שבבים למספר חלקים כדי להגדיל את הייצור והגמישות אינו פשוט כפי שזה נראה. יש לבצע אופטימיזציה של כל חיבור בין האריזה, ונקודות חמות אינן מוגבלות עוד לשבב בודד.
ניתן להשתמש בכלי דוגמנות מוקדמים כדי לא לכלול שילובים שונים של שבבים, מה שמספק כוח מניע גדול עבור מעצבי מודולים מורכבים. בעידן זה של הגדלת צפיפות הספק מתמשכת, סימולציה תרמית והכנסת TIMs חדשים עדיין יהיו חיוניים.
