Kaip išspręsti lustų pakavimo šiluminę problemą
Pažangūs pakavimo lustai ne tik patenkina didelio našumo skaičiavimo, dirbtinio intelekto, galios tankio augimo ir kt. poreikius, bet ir apsunkina pažangių pakuočių šilumos išsklaidymo problemas. Kadangi karšta vieta ant lusto gali turėti įtakos gretimų lustų šilumos pasiskirstymui. Sujungimo tarp lustų greitis taip pat yra lėtesnis moduliuose nei SoC.
Inžinieriai ieško veiksmingų būdų, kaip išsklaidyti šilumą iš sudėtingų modulių. Kelių lustų įdėjimas vienas šalia kito į tą patį paketą gali palengvinti šilumines problemas, tačiau bendrovė toliau gilinasi į lustų sudėjimą ir tankesnę pakuotę, kad pagerintų našumą ir sumažintų galią, todėl ji kovoja su daugybe naujų problemų, susijusių su šiluma.
Šiuo metu populiari BGA pakavimo sritis su CPU ir HBM yra maždaug 2500 kvadratinių milimetrų. Matome, kad didelė lustas gali tapti keturiomis ar penkiomis mažomis žetonomis. Taigi reikia turėti daugiau I/O, kad šie lustai galėtų bendrauti tarpusavyje. Taigi galite paskirstyti šilumą. Tiesą sakant, kai kurie įrenginiai yra tokie sudėtingi, kad sunku lengvai pakeisti komponentus, kad būtų galima pritaikyti šiuos įrenginius konkrečioms lauko reikmėms. Štai kodėl daugelis pažangių pakavimo produktų yra naudojami komponentams, kurių kiekis yra labai didelis arba kurių kaina yra elastinga, pavyzdžiui, serverio lustams.
Projektavimo proceso metu grandinių projektuotojai gali turėti įvairių į modulį įdėtų lustų galios lygių koncepciją, tačiau gali nežinoti, ar šie galios lygiai patenka į patikimumo diapazoną. Todėl inžinieriai ieško naujų metodų, kaip atlikti šiluminę pakuotės patikimumo analizę prieš gaminant pakavimo modulius. Naudodami terminį modeliavimą galime suprasti, kaip šiluma praleidžiama per silicio lustus, plokštes, klijus, TIM arba pakuočių dangčius, naudojant standartinius metodus, tokius kaip temperatūros skirtumas ir galios funkcija, kad būtų galima stebėti temperatūros ir varžos vertes.
Šiluminis modeliavimas yra ekonomiškiausias būdas tirti medžiagų pasirinkimą ir derinimą. Imituodami lustas jų darbinėje būsenoje, dažniausiai atrandame vieną ar daugiau karštųjų taškų, todėl į substratą, esantį žemiau karštųjų taškų, galime pridėti vario, kad palengvintume šilumos išsklaidymą; Arba pakeiskite pakavimo medžiagą ir pridėkite radiatorių.
Pakuotėje daugiau nei 90 % šilumos iš lusto viršaus išsklaido į aušintuvą per pakuotę, dažniausiai vertikalią ribą, pagamintą iš anoduoto aliuminio oksido. Tarp lusto ir pakuotės dedama didelio šilumos laidumo šiluminės sąsajos medžiaga (TIM), kuri padeda perduoti šilumą. Naujos kartos procesoriams skirtas TIM apima metalo lakštų lydinius (pvz., indį ir alavą), taip pat sidabro sukepinimo alavą, kurios laidumas yra atitinkamai 60 W/mK ir 50 W/mK.
Pradinė pažangios pakuotės koncepcija yra ta, kad ji veiks kaip LEGO statybiniai blokai – skirtinguose proceso mazguose sukurtus lustus galima surinkti kartu, o šiluminės problemos bus palengvintos. Tačiau tai kainuoja. Kalbant apie našumą ir galią, atstumas, kurio signalas turi sklisti, yra labai svarbus, o grandinė visada lieka atvira arba turi būti iš dalies atidaryta, o tai gali turėti įtakos šiluminėms savybėms. Padalyti lustus į kelias dalis, siekiant padidinti gamybą ir lankstumą, nėra taip paprasta, kaip gali atrodyti. Kiekviena pakuotės jungtis turi būti optimizuota, o viešosios interneto prieigos taškai nebėra ribojami vienu lustu.
Ankstyvieji modeliavimo įrankiai galėtų būti naudojami siekiant išskirti įvairius lustų derinius, o tai būtų puiki varomoji jėga sudėtingų modulių dizaineriams. Šioje nuolat didėjančio galios tankio eroje terminis modeliavimas ir naujų TIM įvedimas vis tiek bus labai svarbūs.
