Naujų HDI dizaino horizontų tyrinėjimas: 3D pakuotės ir heterogeninė integracija

Dabartinėje sparčios elektroninių technologijų plėtros eroje 3D pakavimo ir heterogeninės integracijos technologijos pamažu tampa pagrindinėmis transformuojančiomis jėgomis HDI projektavimo srityje, atverdamos visiškai naują projektavimo perspektyvą HDI projektavimo inžinieriams. Būdami HDI srities profesionalais, gilus šių besiformuojančių technologijų supratimas ir meistriškas taikymas yra labai svarbūs kuriant didelio našumo ir didelės integracijos elektronines sistemas.

3D pakuotė: tradicinio stereoskopinio išdėstymo peržengimas

Vertikalaus sujungimo technologijos tyrimai ir taikymas

3D korpusuose vertikalus sujungimas yra esminis dalykas, siekiant efektyvaus ryšio tarp skirtingų lustų arba tarp lustų ir substrato. Tarp jų ypač svarbi yra „through-silicon vias“ (TSV) technologija. HDI projektuotojai turi tiksliai kontroliuoti TSV dydį, žingsnį ir gylį. Mažesni TSV dydžiai gali padidinti korpuso tankį, tačiau per maži dydžiai gali padidinti gręžimo sunkumus ir pasipriešinimą. Pavyzdžiui, didelio našumo skaičiavimo lustų 3D korpusuose optimizuojant TSV skersmenį iki 5–10 μm ir pagrįstai kontroliuojant jų gylį ir žingsnį, galima padidinti signalo perdavimo greitį, kartu sumažinant signalo vėlavimą ir trukdžius. Be to, 3D korpusuose su daugiasluoksniais lustų sluoksniais inžinieriai turi suplanuoti TSV paskirstymą skirtinguose sluoksniuose pagal signalo perdavimo reikalavimus, kad būtų užtikrintas tikslus ir efektyvus signalų perdavimas tarp sluoksnių.

Šilumos išsklaidymo ir šilumos valdymo projektavimas

Didėjant lustų integracijai, 3D korpusai susiduria su dideliais šilumos išsklaidymo iššūkiais. HDI projektavimo inžinieriai turėtų pasirinkti didelio šilumos laidumo medžiagas tarpams tarp lustų ir pagrindo užpildyti, pavyzdžiui, naudoti silikoninius tepalus arba keramines užpildymo medžiagas, pasižyminčias dideliu šilumos laidumu, kad padidėtų šilumos laidumo efektyvumas. Tuo pačiu metu labai svarbu suprojektuoti tinkamą šilumos išsklaidymo kanalą. Daugiasluoksniuose lustų korpusuose pagrindo viduje gali būti sukonstruotas metalinis šilumos išsklaidymo sluoksnis, o termostatiniai srauto vamzdeliai (TSV) gali būti naudojami lustų generuojamai šilumai nukreipti į šilumos išsklaidymo sluoksnį, o po to išsklaidyti per išorinius šilumos išsklaidymo įtaisus. Pavyzdžiui, projektuojant radijo dažnių lustų 5G bazinėse stotyse 3D korpusus, šis metodas gali efektyviai sumažinti lustų darbinę temperatūrą ir užtikrinti jų stabilų veikimą esant didelėms apkrovoms.

Heterogeninė integracija: novatoriška įvairiapusės integracijos architektūra

Elektrinio suderinamumo projektavimas tarp skirtingų lustų

Heterogeninė integracija apima įvairių tipų lustų, tokių kaip skaitmeniniai, analoginiai ir radijo dažnių lustai, integravimą į tą patį korpusą. Šiuo metu projektavimo dėmesio centre tampa skirtingų lustų elektrinio suderinamumo užtikrinimas. HDI projektavimo inžinieriai turi nuodugniai išanalizuoti įvairių lustų galios reikalavimus, signalo lygius ir varžos charakteristikas. Energijos paskirstymui reikia suprojektuoti nepriklausomą ir stabilų elektros tinklą, kad būtų išvengta galios trukdžių tarp skirtingų lustų. Signalo perdavimo požiūriu, atsižvelgiant į signalo greitį ir tipą tarp lustų, pasirenkami tinkami perdavimo linijų projektai ir buferinės grandinės. Pavyzdžiui, automobilio autonominio vairavimo sistemos heterogeniniame integravimo modulyje kartu egzistuoja didelės spartos skaitmeniniai signalai ir jautrūs analoginiai signalai. Tiksliai suderinus perdavimo linijos varžą ir pridėjus signalo apdorojimo grandines, galima veiksmingai išvengti signalo trukdžių ir iškraipymų, užtikrinant patikimą sistemos veikimą.

Tinkamas pakavimo medžiagų pasirinkimas

Heterogeninė integracija kelia įvairius reikalavimus pakavimo medžiagoms. Inžinieriai turi visapusiškai atsižvelgti į medžiagų elektrines, mechanines ir šilumines savybes. Aukšto dažnio signalo perdavimui turėtų būti pasirinktos medžiagos, turinčios mažą dielektrinę konstantą (Dk) ir mažą išsklaidymo koeficientą (Df), siekiant sumažinti signalo perdavimo nuostolius. Kalbant apie mechanines savybes, būtina užtikrinti, kad pakavimo medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas atitiktų skirtingų lustų šiluminio plėtimosi koeficientą, kad būtų išvengta lusto ir korpuso sujungimo nutrūkimo dėl šiluminio įtempio. Pavyzdžiui, nešiojamų medicinos prietaisų heterogeninės integracijos projektavime, pakavimo medžiagų, pasižyminčių lankstumu ir artimu lusto šiluminio plėtimosi koeficientu, pasirinkimas gali ne tik atitikti įrenginio miniatiūrizacijos ir lenkiamumo reikalavimus, bet ir užtikrinti lusto bei korpuso stabilumą sudėtingose ​​naudojimo aplinkose.

Sisteminio lygio projektavimas ir bendradarbiavimu grindžiamas optimizavimas

Heterogeninės integracijos atveju sistemos lygio projektavimas ir bendradarbiavimu grįstas optimizavimas yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys bendrą našumo pagerėjimą. HDI projektavimo inžinieriai turi pradėti nuo sistemos lygio perspektyvos ir visapusiškai apsvarstyti skirtingų lustų funkcijas, našumą ir tarpusavio ryšius. Tinkamai parinkus ir išdėstant lustus, galima pasiekti optimalų sistemos išteklių paskirstymą. Pavyzdžiui, dirbtinio intelekto skaičiavimo platformos heterogeninės integracijos projekte skaičiavimo požiūriu daug skaičiavimo reikalaujantys GPU lustai yra pagrįstai išdėstyti su atminties lustais ir didelės spartos sąsajos lustais, susijusiais su duomenų saugojimu ir perdavimu, taip sumažinant duomenų perdavimo vėlavimą tarp lustų ir pagerinant bendrą sistemos skaičiavimo efektyvumą.

Testavimo ir tikrinimo strategijos

Dėl nevienalyčių integracijos sistemų sudėtingumo testavimas ir patikra tapo svarbiomis jungtimis, užtikrinančiomis jų patikimumą ir našumą. HDI projektavimo inžinieriai turi sukurti išsamią testavimo strategiją, apimančią lustų lygio testavimą, modulių lygio testavimą ir sistemos lygio testavimą. Lustų lygio testavimo metu kiekvieno lusto funkcijos ir našumas yra griežtai tikrinami, siekiant užtikrinti, kad lustai atitiktų projektavimo reikalavimus. Modulio lygio testavimas sutelktas į funkcinių modulių, sudarytų iš skirtingų lustų, bendradarbiavimo našumą, nustatant, ar ryšys ir duomenų apdorojimas tarp lustų modulyje yra normalūs. Sistemos lygio testavimas įvertina visos nevienalytės integracijos sistemos našumą, įskaitant tokius aspektus kaip sistemos funkcinis vientisumas, signalo perdavimo kokybė ir energijos suvartojimas.

Atvejo analizė: heterogeninės integracijos programos išmaniuosiuose telefonuose

Paimkime kaip pavyzdį išmaniuosius telefonus. Šiuolaikiniuose išmaniuosiuose telefonuose integruoti įvairių tipų lustai, tokie kaip programų procesoriai, bazinio dažnio lustai, radijo dažnio lustai, vaizdo jutiklių lustai ir kt., ir tai yra tipiškos heterogeninės integracijos sistemos. Kuriant išmaniuosius telefonus HDI principu, inžinieriai pasiekia aukštą našumą ir sistemos miniatiūrizaciją, naudodami pagrįstą lustų išdėstymą ir sujungimo dizainą. Pavyzdžiui, programų procesorius ir atminties lustai yra glaudžiai integruoti tarpusavyje naudojant pažangią pakavimo technologiją, taip sumažinant duomenų perdavimo vėlavimą tarp lustų ir pagerinant sistemos veikimo greitį. Tuo pačiu metu, optimizuojant ryšį tarp radijo dažnio lusto ir antenos, pagerinamas mobiliojo telefono ryšio našumas.

Atvejo analizė: 3D pakuočių taikymas duomenų centruose

Duomenų centrų srityje taip pat plačiai taikoma 3D pakavimo technologija. Pavyzdžiui, didelio našumo serverių procesoriai. Siekdami patenkinti didelę skaičiavimo galios paklausą duomenų centruose, procesoriai paprastai naudoja 3D pakavimo technologiją, kad sujungtų kelis lustus kartu. TSV technologija užtikrina greitą lustų sujungimą, o tai žymiai pagerina duomenų perdavimo greitį. Tuo pačiu metu, kalbant apie šilumos išsklaidymo konstrukciją, naudojama skysčio aušinimo technologija. CPU korpuso viduje sukonstruojant mikro kanalus ir cirkuliuojant aušinimo skystį, kad būtų pašalinta šiluma, užtikrinamas stabilus CPU veikimas esant didelėms apkrovoms.

„Rich Full Joy“ sukaupė didelę dizaino optimizavimo patirtį 3D pakuočių ir heterogeninės integracijos srityje. HDI dizainasJame įdiegta pažangi aptikimo sistema, galinti tiksliai aptikti įvairius projektavimo defektus. Be to, „Rich Full Joy“ nuolat tyrinėja procesų inovacijas ir sukūrė pažangių vertikalių sujungimo procesų bei nevienalyčių integracijos gamybos procesų seriją, kuri gerokai pagerina gamybos efektyvumą ir produktų kokybę. Tuo pačiu metu „Rich Full Joy“ taip pat pasižymi stipriomis projektų valdymo galimybėmis, teikdama klientams efektyvias paslaugas visame procese – nuo ​​projektavimo planavimo iki projekto įgyvendinimo, padėdama klientams perimti iniciatyvą naujoje HDI projektavimo srityje ir pasiekti technologinių proveržių bei pramoninių atnaujinimų.