Utforskar nya horisonter inom HDI-design: 3D-paketering och heterogen integration
I den nuvarande eran av snabb utveckling av elektronisk teknik blir 3D-kapsling och heterogena integrationstekniker gradvis viktiga transformerande krafter inom HDI-designområdet, vilket öppnar upp ett helt nytt designperspektiv för HDI-konstruktörer. Som yrkesverksamma inom HDI-området är det avgörande att ha en djup förståelse och skicklig tillämpning av dessa framväxande tekniker för att skapa högpresterande och högintegrerade elektroniska system.
3D-förpackning: Att bryta igenom den traditionella stereoskopiska layouten
Forskning och tillämpning av vertikal sammankopplingsteknik
Inom 3D-kapsling är vertikal sammankoppling kärnan för att uppnå effektiv kommunikation mellan olika chip eller mellan chip och substrat. Bland dessa är Through-Silicon Via (TSV)-tekniken särskilt avgörande. HDI-konstruktörer behöver exakt kontrollera storleken, pitchen och djupet på TSV:erna. Mindre TSV-storlekar kan öka paketeringstätheten, men för små storlekar kan leda till ökad borrningssvårigheter och motstånd. Om vi tar 3D-kapsling av högpresterande datorchip som exempel, genom att optimera diametern på TSV:erna till 5-10 μm och rimligt kontrollera deras djup och pitch, kan signalöverföringshastigheten ökas samtidigt som signalfördröjning och överhörning minskas. Dessutom, i 3D-kapsling av flerskiktschipstapling, måste ingenjörer planera fördelningen av TSV:er i olika lager enligt signalöverföringskrav för att säkerställa att signaler kan överföras korrekt och effektivt mellan lagren.
Värmeavledning och termisk hanteringsdesign
Med den ökade chipintegrationen står 3D-kapsling inför allvarliga utmaningar med värmeavledning. HDI-designingenjörer bör välja material med hög värmeledningsförmåga för fyllning mellan chips och substrat, såsom att använda silikonfett eller keramiska fyllnadsmaterial med hög värmeledningsförmåga för att förbättra värmeledningseffektiviteten. Samtidigt är det avgörande att utforma en rimlig värmeavledningskanal. Vid flerskiktschipkapsling kan ett metalliskt värmeavledningsskikt konstrueras inuti substratet, och TSV:er kan användas för att leda värmen som genereras av chipsen till värmeavledningsskiktet och sedan avledas genom externa värmeavledningsenheter. Till exempel, i 3D-kapslingsdesignen av radiofrekvenschips i 5G-basstationer, kan denna metod effektivt minska chipsens driftstemperatur och säkerställa deras stabila drift under höga belastningar.
Heterogen integration: En innovativ arkitektur för mångsidig integration
Elektrisk kompatibilitetsdesign mellan olika chips
Heterogen integration innebär att integrera olika typer av chip, såsom digitala chip, analoga chip och radiofrekvenschip, i samma kapsel. För närvarande blir designfokus att säkerställa elektrisk kompatibilitet mellan olika chip. HDI-designingenjörer behöver djupgående analysera effektkraven, signalnivåerna och impedansegenskaperna hos olika chip. För effektdistribution måste ett oberoende och stabilt kraftnät utformas för att undvika effektstörningar mellan olika chip. När det gäller signalöverföring antas lämpliga transmissionsledningsdesigner och buffertkretsar i enlighet med signalhastigheterna och typerna mellan chipen. Till exempel, i den heterogena integrationsmodulen i ett autonomt körsystem för fordon, samexisterar höghastighetsdigitala signaler och känsliga analoga signaler. Genom att exakt matcha överföringsledningens impedans och lägga till signalkonditioneringskretsar kan signalöverhörning och distorsion effektivt förhindras, vilket säkerställer systemets tillförlitliga drift.
Lämpligt val av förpackningsmaterial
Heterogen integration ställer olika krav på förpackningsmaterial. Ingenjörer måste ta hänsyn till materialens elektriska, mekaniska och termiska egenskaper på ett omfattande sätt. För högfrekvent signalöverföring bör material med låg dielektricitetskonstant (Dk) och låg dissipationsfaktor (Df) väljas för att minska signalförluster. När det gäller mekaniska egenskaper är det nödvändigt att säkerställa att förpackningsmaterialets värmeutvidgningskoefficient matchar den hos olika chips för att förhindra anslutningsfel mellan chipet och förpackningen på grund av termisk stress. Till exempel, i den heterogena integrationsdesignen av bärbara medicintekniska produkter kan valet av förpackningsmaterial med flexibilitet och en värmeutvidgningskoefficient nära chipets inte bara uppfylla kraven på miniatyrisering och böjbarhet hos enheten utan också säkerställa chipets och förpackningens stabilitet i komplexa användningsmiljöer.
Systemnivådesign och samarbetsoptimering
Vid heterogen integration är systemnivådesign och samarbetsoptimering nyckeln till att uppnå övergripande prestandaförbättringar. HDI-designingenjörer måste utgå från ett systemnivåperspektiv och övergripande beakta funktioner, prestanda och ömsesidiga relationer mellan olika chip. Genom rimligt chipval och layout kan optimal allokering av systemresurser uppnås. Till exempel, i den heterogena integrationsdesignen av en AI-plattform, är de beräkningsintensiva GPU-chipsen rimligt arrangerade med minneschips och höghastighetsgränssnittschips relaterade till datalagring och överföring, vilket minskar dataöverföringsfördröjningen mellan chips och förbättrar systemets totala beräkningseffektivitet.
Testnings- och verifieringsstrategier
På grund av komplexiteten hos heterogena integrationssystem har testning och verifiering blivit viktiga länkar för att säkerställa deras tillförlitlighet och prestanda. HDI-konstruktörer behöver utveckla en omfattande teststrategi, inklusive testning på chipnivå, modulnivå och systemnivå. Vid testning på chipnivå testas funktionerna och prestandan för varje chip noggrant för att säkerställa att chipen uppfyller designkraven. Testning på modulnivå fokuserar på den samarbetande prestandan hos funktionella moduler som består av olika chips och detekterar om kommunikationen och databehandlingen mellan chips inom modulen är normal. Systemnivåtestning utvärderar prestandan för det heterogena integrationssystemet som helhet, inklusive aspekter som systemets funktionella integritet, signalöverföringskvalitet och strömförbrukning.
Fallanalys: Heterogena integrationsapplikationer i smartphones
Ta smartphones som exempel. Moderna smartphones integrerar olika typer av chips, såsom applikationsprocessorer, basbandschips, radiofrekvenschips, bildsensorchips etc., och är typiska heterogena integrationssystem. I HDI-designen av smartphones uppnår ingenjörer hög prestanda och miniatyrisering av systemet genom rimlig chiplayout och sammankopplingsdesign. Till exempel är applikationsprocessorn och minneschipsen nära integrerade med varandra genom avancerad paketeringsteknik, vilket minskar dataöverföringsfördröjningen mellan chips och förbättrar systemets driftshastighet. Samtidigt förbättras mobiltelefonens kommunikationsprestanda genom att optimera anslutningen mellan radiofrekvenschipet och antennen.
Fallanalys: 3D-paketeringsapplikationer i datacenter
Inom datacenterområdet har 3D-paketeringsteknik också använts i stor utsträckning. Ta processorn i högpresterande servrar som exempel. För att möta den höga efterfrågan på datorkraft i datacenter använder processorer vanligtvis 3D-paketeringsteknik för att stapla flera chip tillsammans. Genom TSV-teknik uppnås höghastighetskoppling mellan chip, vilket avsevärt förbättrar dataöverföringshastigheten. Samtidigt används vätskekylningsteknik för värmeavledning när det gäller design av värmeavledning. Genom att konstruera mikrokanaler inuti processorkapslingen och cirkulera kylvätskan för att leda bort värmen säkerställs processorns stabila drift under höga belastningar.
Rich Full Joy har samlat på sig djupgående erfarenhet av designoptimering inom 3D-förpackning och heterogen integration. HDI-designDet har ett avancerat detekteringssystem som exakt kan upptäcka olika designfel. Dessutom har Rich Full Joy ständigt utforskat processinnovation och har utvecklat en serie avancerade vertikala sammankopplingsprocesser och heterogena integrationsprocesser för tillverkning, vilket avsevärt förbättrar produktionseffektiviteten och produktkvaliteten. Samtidigt har Rich Full Joy också starka projektledningsfunktioner som förser kunder med effektiva tjänster genom hela processen, från designplanering till projektleverans, och hjälper kunderna att ta initiativet inom den nya världen av HDI-design och uppnå tekniska genombrott och industriella uppgraderingar.
