Udforskning af nye horisonter inden for HDI-design: 3D-pakning og heterogen integration
I den nuværende æra med hurtig udvikling af elektronisk teknologi er 3D-pakning og heterogene integrationsteknologier gradvist ved at blive centrale transformative kræfter inden for HDI-designfeltet og åbner et helt nyt designperspektiv for HDI-designingeniører. Som professionelle inden for HDI-feltet er en dyb forståelse og dygtig anvendelse af disse nye teknologier afgørende for at skabe højtydende og højintegrerede elektroniske systemer.
3D-emballage: Et gennembrud af det traditionelle stereoskopiske layout
Forskning og anvendelse af vertikal sammenkoblingsteknologi
I 3D-pakning er vertikal sammenkobling kernen for at opnå effektiv kommunikation mellem forskellige chips eller mellem chips og substratet. Blandt dem er Through-Silicon Via (TSV)-teknologien særligt afgørende. HDI-designingeniører skal præcist kontrollere størrelsen, pitchen og dybden af TSV'er. Mindre TSV-størrelser kan øge pakningstætheden, men for små størrelser kan føre til øget borevanskelighed og modstand. Hvis vi tager 3D-pakning af højtydende computerchips som et eksempel, kan signaltransmissionshastigheden øges ved at optimere diameteren af TSV'er til 5-10 μm og rimeligt kontrollere deres dybde og pitch, samtidig med at signalforsinkelse og krydstale reduceres. Derudover skal ingeniører i 3D-pakning af flerlagschipstabling planlægge fordelingen af TSV'er i forskellige lag i henhold til signaltransmissionskrav for at sikre, at signaler kan transmitteres præcist og effektivt mellem lagene.
Design af varmeafledning og termisk styring
Med stigningen i chipintegration står 3D-pakning over for alvorlige udfordringer med hensyn til varmeafledning. HDI-designingeniører bør vælge materialer med høj termisk ledningsevne til fyldning mellem chips og substratet, såsom brug af silikonefedt eller keramiske fyldmaterialer med høj termisk ledningsevne for at forbedre varmeledningseffektiviteten. Samtidig er det afgørende at designe en rimelig varmeafledningskanal. I flerlags chippakning kan et metalvarmeafledningslag konstrueres inde i substratet, og TSV'er kan bruges til at lede den varme, der genereres af chipsene, til varmeafledningslaget og derefter afledes gennem eksterne varmeafledningsenheder. For eksempel kan denne metode i 3D-pakningsdesignet af radiofrekvenschips i 5G-basestationer effektivt reducere chipsens driftstemperatur og sikre deres stabile drift under høje belastninger.
Heterogen integration: En innovativ arkitektur for mangfoldig integration
Elektrisk kompatibilitetsdesign mellem forskellige chips
Heterogen integration involverer integration af forskellige typer chips, såsom digitale chips, analoge chips og radiofrekvenschips, i samme pakke. På nuværende tidspunkt bliver det designfokus at sikre den elektriske kompatibilitet mellem forskellige chips. HDI-designingeniører skal analysere strømkravene, signalniveauerne og impedanskarakteristikaene for forskellige chips dybt. Til strømfordeling skal der designes et uafhængigt og stabilt strømnetværk for at undgå strømforstyrrelser mellem forskellige chips. Med hensyn til signaltransmission anvendes passende transmissionslinjedesign og bufferkredsløb i henhold til signalhastighederne og -typerne mellem chips. For eksempel sameksisterer højhastigheds digitale signaler og følsomme analoge signaler i det heterogene integrationsmodul i et autonomt køresystem til biler. Ved nøjagtigt at matche transmissionslinjens impedans og tilføje signalbehandlingskredsløb kan signaloverhør og forvrængning effektivt forhindres, hvilket sikrer systemets pålidelige drift.
Passende valg af emballagematerialer
Heterogen integration stiller forskellige krav til emballagematerialer. Ingeniører skal overveje materialernes elektriske, mekaniske og termiske egenskaber grundigt. Til højfrekvent signaltransmission bør der vælges materialer med en lav dielektricitetskonstant (Dk) og en lav dissipationsfaktor (Df) for at reducere signaltransmissionstab. Med hensyn til mekaniske egenskaber er det nødvendigt at sikre, at emballagematerialets termiske udvidelseskoefficient matcher forskellige chips for at forhindre forbindelsesfejl mellem chippen og emballagen på grund af termisk stress. For eksempel kan valg af emballagematerialer med fleksibilitet og en termisk udvidelseskoefficient tæt på chippens i heterogen integration af bærbare medicinske apparater ikke kun opfylde kravene til miniaturisering og bøjelighed af enheden, men også sikre chippens og emballagens stabilitet i komplekse brugsmiljøer.
Systemniveaudesign og samarbejdsoptimering
I heterogen integration er systemniveaudesign og samarbejdsoptimering nøglerne til at opnå en samlet forbedring af ydeevnen. HDI-designingeniører skal starte fra et systemniveauperspektiv og overveje funktioner, ydeevne og indbyrdes forhold mellem forskellige chips grundigt. Gennem rimelig chipudvælgelse og layout kan den optimale allokering af systemressourcer opnås. For eksempel i det heterogene integrationsdesign af en kunstig intelligens-computerplatform er de beregningsintensive GPU-chips rimeligt arrangeret med hukommelseschips og højhastighedsgrænsefladechips relateret til datalagring og -transmission, hvilket reducerer datatransmissionsforsinkelsen mellem chips og forbedrer systemets samlede beregningseffektivitet.
Test- og verifikationsstrategier
På grund af kompleksiteten af heterogene integrationssystemer er test og verifikation blevet vigtige forbindelser for at sikre deres pålidelighed og ydeevne. HDI-designingeniører skal udvikle en omfattende teststrategi, herunder test på chipniveau, test på modulniveau og test på systemniveau. Ved test på chipniveau testes funktionerne og ydeevnen af hver chip strengt for at sikre, at chippene opfylder designkravene. Test på modulniveau fokuserer på den samarbejdsorienterede ydeevne af funktionelle moduler, der er sammensat af forskellige chips, og detekterer, om kommunikationen og databehandlingen mellem chips i modulet er normal. Test på systemniveau evaluerer ydeevnen af det heterogene integrationssystem som helhed, herunder aspekter som systemets funktionelle integritet, signaltransmissionskvalitet og strømforbrug.
Caseanalyse: Heterogene integrationsapplikationer i smartphones
Tag smartphones som eksempel. Moderne smartphones integrerer forskellige typer chips, såsom applikationsprocessorer, baseband-chips, radiofrekvenschips, billedsensorchips osv., og er typiske heterogene integrationssystemer. I HDI-design af smartphones opnår ingeniører høj ydeevne og miniaturisering af systemet gennem et rimeligt chiplayout og sammenkoblingsdesign. For eksempel er applikationsprocessoren og hukommelseschipsene tæt integreret sammen gennem avanceret pakningsteknologi, hvilket reducerer dataoverførselsforsinkelsen mellem chips og forbedrer systemets driftshastighed. Samtidig forbedres mobiltelefonens kommunikationsydelse ved at optimere forbindelsen mellem radiofrekvenschippen og antennen.
Caseanalyse: 3D-pakkeapplikationer i datacentre
Inden for datacentre er 3D-pakketeknologi også blevet bredt anvendt. Tag CPU'en i højtydende servere som eksempel. For at imødekomme den store efterspørgsel efter computerkraft i datacentre anvender CPU'er normalt 3D-pakketeknologi til at stable flere chips sammen. Gennem TSV-teknologi opnås højhastighedsforbindelse mellem chips, hvilket forbedrer dataoverførselshastigheden betydeligt. Samtidig anvendes væskekølende varmeafledningsteknologi med hensyn til design af varmeafledning. Ved at konstruere mikrokanaler inde i CPU-pakken og cirkulere kølevæsken for at fjerne varmen sikres CPU'ens stabile drift under høje belastninger.
Rich Full Joy har opbygget dybdegående erfaring med designoptimering inden for 3D-emballage og heterogen integration. HDI-designDet har et avanceret detektionssystem, der præcist kan detektere forskellige designfejl. Derudover har Rich Full Joy konstant udforsket procesinnovation og har udviklet en række avancerede vertikale sammenkoblingsprocesser og heterogene integrationsfremstillingsprocesser, hvilket i høj grad forbedrer produktionseffektiviteten og produktkvaliteten. Samtidig har Rich Full Joy også stærke projektledelseskapaciteter, der leverer effektive tjenester til kunderne gennem hele processen fra designplanlægning til projektlevering, hvilket hjælper kunderne med at gribe initiativet inden for den nye verden af HDI-design og opnå teknologiske gennembrud og industrielle opgraderinger.
