Utforsker nye horisonter innen HDI-design: 3D-pakking og heterogen integrasjon

I den nåværende æraen med rask utvikling av elektronisk teknologi, blir 3D-pakking og heterogene integrasjonsteknologier gradvis viktige transformative krefter innen HDI-designfeltet, og åpner et helt nytt designperspektiv for HDI-designingeniører. Som fagfolk innen HDI-feltet er det avgjørende å ha dyp forståelse og dyktig anvendelse av disse nye teknologiene for å skape elektroniske systemer med høy ytelse og høy integrasjon.

3D-pakking: Et brudd med den tradisjonelle stereoskopiske layouten

Forskning og anvendelse av vertikal sammenkoblingsteknologi

I 3D-pakking er vertikal sammenkobling kjernen for å oppnå effektiv kommunikasjon mellom forskjellige brikker eller mellom brikker og substratet. Blant disse er Through-Silicon Via (TSV)-teknologien spesielt viktig. HDI-designingeniører må kontrollere størrelsen, stigningen og dybden til TSV-er nøyaktig. Mindre TSV-størrelser kan øke pakkingstettheten, men for små størrelser kan føre til økt borevanskelighetsgrad og motstand. Hvis vi tar 3D-pakking av høyytelsesdatamaskinbrikker som et eksempel, kan signaloverføringshastigheten økes ved å optimalisere diameteren til TSV-er til 5–10 μm og kontrollere dybden og stigningen på en rimelig måte, samtidig som signalforsinkelse og krysstale reduseres. I tillegg må ingeniører planlegge fordelingen av TSV-er i forskjellige lag i henhold til signaloverføringskrav i 3D-pakking av flerlags brikkestabling for å sikre at signaler kan overføres nøyaktig og effektivt mellom lagene.

Design av varmeavledning og termisk styring

Med økningen i chipintegrasjon står 3D-pakking overfor alvorlige utfordringer med varmespredning. HDI-designingeniører bør velge materialer med høy termisk ledningsevne for fylling mellom brikker og substrat, for eksempel bruk av silikonfett eller keramiske fyllmaterialer med høy termisk ledningsevne for å forbedre varmeledningseffektiviteten. Samtidig er det avgjørende å designe en rimelig varmespredningskanal. I flerlags chippakking kan et metallisk varmespredningslag konstrueres inne i substratet, og TSV-er kan brukes til å lede varmen som genereres av brikkene til varmespredningslaget, og deretter spres gjennom eksterne varmespredningsenheter. For eksempel, i 3D-pakkingsdesign av radiofrekvensbrikker i 5G-basestasjoner, kan denne metoden effektivt redusere driftstemperaturen til brikkene og sikre stabil drift under høye belastninger.

Heterogen integrasjon: En innovativ arkitektur for mangfoldig integrasjon

Elektrisk kompatibilitetsdesign mellom forskjellige brikker

Heterogen integrasjon innebærer å integrere ulike typer brikker, som digitale brikker, analoge brikker og radiofrekvensbrikker, i samme pakke. På dette tidspunktet blir det å sikre elektrisk kompatibilitet mellom ulike brikker designfokus. HDI-designingeniører må analysere strømkravene, signalnivåene og impedansegenskapene til ulike brikker grundig. For strømfordeling må et uavhengig og stabilt strømnettverk designes for å unngå strømforstyrrelser mellom ulike brikker. Når det gjelder signaloverføring, brukes passende transmisjonslinjedesign og bufferkretser i henhold til signalhastighetene og typene mellom brikkene. For eksempel, i den heterogene integrasjonsmodulen til et autonomt kjøresystem for biler, eksisterer høyhastighets digitale signaler og sensitive analoge signaler side om side. Ved å nøyaktig matche impedansen til transmisjonslinjen og legge til signalbehandlingskretser, kan signalkryssing og forvrengning effektivt forhindres, noe som sikrer pålitelig drift av systemet.

Riktig valg av emballasjematerialer

Heterogen integrasjon stiller ulike krav til emballasjematerialer. Ingeniører må ta en grundig vurdering av materialenes elektriske, mekaniske og termiske egenskaper. For høyfrekvent signaloverføring bør materialer med lav dielektrisk konstant (Dk) og lav dissipasjonsfaktor (Df) velges for å redusere signaloverføringstap. Når det gjelder mekaniske egenskaper, er det nødvendig å sikre at den termiske utvidelseskoeffisienten til emballasjematerialet samsvarer med den til forskjellige brikker for å forhindre forbindelsesfeil mellom brikken og pakken på grunn av termisk stress. For eksempel, i heterogen integrasjonsdesign av medisinsk utstyr, kan valg av emballasjematerialer med fleksibilitet og en termisk utvidelseskoeffisient nær brikkens ikke bare oppfylle kravene til miniatyrisering og bøybarhet av enheten, men også sikre stabiliteten til brikken og pakken i komplekse bruksmiljøer.

Systemnivådesign og samarbeidsoptimalisering

I heterogen integrasjon er systemnivådesign og samarbeidende optimalisering nøkkelen til å oppnå generell ytelsesforbedring. HDI-designingeniører må starte fra et systemnivåperspektiv og vurdere funksjonene, ytelsene og de gjensidige forholdene til forskjellige brikker grundig. Gjennom rimelig brikkevalg og layout kan optimal allokering av systemressurser oppnås. For eksempel, i heterogen integrasjonsdesign av en kunstig intelligens-databehandlingsplattform, er de beregningsintensive GPU-brikkene rimelig arrangert med minnebrikker og høyhastighetsgrensesnittbrikker relatert til datalagring og overføring, noe som reduserer dataoverføringsforsinkelsen mellom brikkene og forbedrer systemets generelle databehandlingseffektivitet.

Test- og verifiseringsstrategier

På grunn av kompleksiteten til heterogene integrasjonssystemer har testing og verifisering blitt viktige koblinger for å sikre deres pålitelighet og ytelse. HDI-designingeniører må utvikle en omfattende teststrategi, inkludert testing på brikkenivå, modulnivåtesting og systemnivåtesting. I testing på brikkenivå testes funksjonene og ytelsen til hver brikke strengt for å sikre at brikkene oppfyller designkravene. Testing på modulnivå fokuserer på den samarbeidende ytelsen til funksjonelle moduler som er sammensatt av forskjellige brikker, og oppdager om kommunikasjonen og databehandlingen mellom brikkene i modulen er normal. Systemnivåtesting evaluerer ytelsen til det heterogene integrasjonssystemet som helhet, inkludert aspekter som systemets funksjonelle integritet, signaloverføringskvalitet og strømforbruk.

Caseanalyse: Heterogene integrasjonsapplikasjoner i smarttelefoner

Ta smarttelefoner som et eksempel. Moderne smarttelefoner integrerer ulike typer brikker, som applikasjonsprosessorer, basebåndbrikker, radiofrekvensbrikker, bildesensorbrikker osv., og er typiske heterogene integrasjonssystemer. I HDI-design av smarttelefoner oppnår ingeniører høy ytelse og miniatyrisering av systemet gjennom rimelig brikkeoppsett og sammenkoblingsdesign. For eksempel er applikasjonsprosessoren og minnebrikkene tett integrert sammen gjennom avansert pakketeknologi, noe som reduserer dataoverføringsforsinkelsen mellom brikkene og forbedrer systemets driftshastighet. Samtidig forbedres kommunikasjonsytelsen til mobiltelefonen ved å optimalisere forbindelsen mellom radiofrekvensbrikken og antennen.

Caseanalyse: 3D-pakkeapplikasjoner i datasentre

Innen datasentre har 3D-pakketeknologi også blitt mye brukt. Ta CPU-en til høyytelsesservere som et eksempel. For å møte den høye etterspørselen etter datakraft i datasentre, bruker CPU-er vanligvis 3D-pakketeknologi for å stable flere brikker sammen. Gjennom TSV-teknologi oppnås høyhastighets sammenkobling mellom brikker, noe som forbedrer dataoverføringshastigheten betraktelig. Samtidig, når det gjelder varmespredningsdesign, brukes væskekjølende varmespredningsteknologi. Ved å konstruere mikrokanaler inne i CPU-pakken og sirkulere kjølevæsken for å fjerne varmen, sikres stabil drift av CPU-en under høy belastning.

Rich Full Joy har samlet omfattende erfaring med designoptimalisering innen 3D-pakking og heterogen integrasjon. HDI-designDen har et avansert deteksjonssystem som nøyaktig kan oppdage ulike designfeil. Dessuten har Rich Full Joy kontinuerlig utforsket prosessinnovasjon og har utviklet en rekke avanserte vertikale sammenkoblingsprosesser og heterogene integrerte produksjonsprosesser, noe som forbedrer produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten betraktelig. Samtidig har Rich Full Joy også sterke prosjektledelsesegenskaper, som gir kundene effektive tjenester gjennom hele prosessen fra designplanlegging til prosjektlevering, og hjelper kundene med å ta initiativ i det nye HDI-designområdet og oppnå teknologiske gjennombrudd og industrielle oppgraderinger.