חדשות בתעשייה: מגמות בטכנולוגיית אריזה מתקדמת

אריזת מוליכים למחצה התפתחה מעיצובים מסורתיים של PCB חד-ממדיים להדבקה היברידית תלת-ממדית מתקדמת ברמת הוופלים. התקדמות זו מאפשרת ריווח חיבורים בטווח מיקרון חד-ספרתי, עם רוחבי פס של עד 1000 ג'יגה-בייט/שנייה, תוך שמירה על יעילות אנרגטית גבוהה. בליבת טכנולוגיות אריזת מוליכים למחצה מתקדמות נמצאות אריזות 2.5D (כאשר רכיבים מונחים זה לצד זה בשכבה ביניים) ואריזות תלת-ממדיות (הכוללות ערימה אנכית של שבבים פעילים). טכנולוגיות אלו הן קריטיות לעתיד מערכות HPC.

טכנולוגיית אריזה 2.5D כוללת מגוון חומרי שכבת ביניים, לכל אחד יתרונות וחסרונות משלו. שכבות ביניים של סיליקון (Si), כולל פרוסות סיליקון פסיביות לחלוטין וגשרי סיליקון מקומיים, ידועות במתן יכולות החיווט הטובות ביותר, מה שהופך אותן לאידיאליות לחישוב בעל ביצועים גבוהים. עם זאת, הן יקרות מבחינת חומרים וייצור ומתמודדות עם מגבלות בשטח האריזה. כדי למתן בעיות אלו, השימוש בגשרי סיליקון מקומיים הולך וגובר, תוך שימוש אסטרטגי בסיליקון במקומות בהם פונקציונליות עדינה היא קריטית תוך התמודדות עם אילוצי שטח.

שכבות ביניים אורגניות, המשתמשות בפלסטיק יצוק מסוג fan-out, הן אלטרנטיבה חסכונית יותר לסיליקון. יש להן קבוע דיאלקטרי נמוך יותר, מה שמפחית את עיכוב ה-RC באריזה. למרות יתרונות אלה, שכבות ביניים אורגניות מתקשות להשיג את אותה רמת הפחתת תכונות חיבור כמו אריזה מבוססת סיליקון, מה שמגביל את אימוצן ביישומי מחשוב עתירי ביצועים.

שכבות ביניים מזכוכית זכו לעניין רב, במיוחד בעקבות השקתה האחרונה של אינטל בתחום אריזות רכבי בדיקה מבוססות זכוכית. זכוכית מציעה מספר יתרונות, כגון מקדם התפשטות תרמית מתכוונן (CTE), יציבות ממדית גבוהה, משטחים חלקים ושטוחים ויכולת לתמוך בייצור פאנלים, מה שהופך אותה למועמדת מבטיחה לשכבות ביניים עם יכולות חיווט דומות לסיליקון. עם זאת, מלבד אתגרים טכניים, החיסרון העיקרי של שכבות ביניים מזכוכית הוא המערכת האקולוגית הלא בשלה והיעדר כושר ייצור בקנה מידה גדול כיום. ככל שהמערכת האקולוגית מתבגרת ויכולות הייצור משתפרות, טכנולוגיות מבוססות זכוכית באריזות מוליכים למחצה עשויות לחוות צמיחה ואימוץ נוספים.

מבחינת טכנולוגיית אריזה תלת-ממדית, קשירה היברידית ללא בליטות מסוג Cu-Cu הופכת לטכנולוגיה חדשנית מובילה. טכניקה מתקדמת זו משיגה חיבורים קבועים על ידי שילוב חומרים דיאלקטריים (כמו SiO2) עם מתכות משובצות (Cu). קשירה היברידית מסוג Cu-Cu יכולה להשיג מרווחים מתחת ל-10 מיקרון, בדרך כלל בטווח מיקרון חד-ספרתי, מה שמייצג שיפור משמעותי לעומת טכנולוגיית המיקרו-בליטות המסורתית, בעלת מרווחי בליטות של כ-40-50 מיקרון. היתרונות של קשירה היברידית כוללים קלט/פלט מוגבר, רוחב פס משופר, ערימה אנכית תלת-ממדית משופרת, יעילות אנרגיה טובה יותר, והפחתת השפעות טפיליות ועמידות תרמית עקב היעדר מילוי תחתון. עם זאת, טכנולוגיה זו מורכבת לייצור ועלותה גבוהה יותר.

טכנולוגיות אריזה 2.5D ותלת-ממדיות כוללות טכניקות אריזה שונות. באריזה 2.5D, בהתאם לבחירת חומרי השכבה הביניים, ניתן לסווג אותה לשכבות ביניים מבוססות סיליקון, אורגניות ובסיס זכוכית, כפי שמוצג באיור למעלה. באריזה תלת-ממדית, פיתוח טכנולוגיית המיקרו-בליטה שואף להפחית את ממדי המרווחים, אך כיום, על ידי אימוץ טכנולוגיית הדבקה היברידית (שיטת חיבור ישירה של נחושת-נחושת), ניתן להשיג ממדי מרווח חד-ספרתיים, דבר המסמן התקדמות משמעותית בתחום.

**מגמות טכנולוגיות מרכזיות שכדאי לעקוב אחריהן:**

1. **אזורי שכבת ביניים גדולים יותר:** IDTechEx ניבאה בעבר שבשל הקושי של שכבות ביניים מסיליקון לחרוג ממגבלת גודל הרשתית פי 3, פתרונות גשר סיליקון 2.5D יחליפו בקרוב את שכבות הביניים של סיליקון כבחירה העיקרית לאריזת שבבי HPC. TSMC היא ספקית מרכזית של שכבות ביניים מסיליקון 2.5D עבור NVIDIA ומפתחי HPC מובילים אחרים כמו גוגל ואמזון, והחברה הכריזה לאחרונה על ייצור המוני של CoWoS_L מהדור הראשון שלה עם גודל רשתית פי 3.5. IDTechEx צופה שמגמה זו תימשך, עם התקדמות נוספת שנידונה בדו"ח שלה המכסה שחקנים מרכזיים.

2. **אריזה ברמת הפאנל:** אריזה ברמת הפאנל הפכה למוקד משמעותי, כפי שהודגש בתערוכת מוליכים למחצה הבינלאומית בטייוואן 2024. שיטת אריזה זו מאפשרת שימוש בשכבות ביניים גדולות יותר ומסייעת בהפחתת עלויות על ידי ייצור מארזים רבים יותר בו זמנית. למרות הפוטנציאל שלה, עדיין יש להתמודד עם אתגרים כמו ניהול עיוותים. הבולטות הגוברת שלה משקפת את הביקוש הגובר לשכבות ביניים גדולות וחסכוניות יותר.

3. **שכבות ביניים מזכוכית:** זכוכית מתפתחת כחומר מועמד חזק להשגת חיווט דק, בדומה לסיליקון, עם יתרונות נוספים כגון CTE מתכוונן ואמינות גבוהה יותר. שכבות ביניים מזכוכית תואמות גם לאריזה ברמת הפאנל, מה שמציע פוטנציאל לחיווט בצפיפות גבוהה בעלויות ניתנות לניהול, מה שהופך אותה לפתרון מבטיח עבור טכנולוגיות אריזה עתידיות.

4. **הדבקה היברידית של HBM:** חיבור היברידי תלת-ממדי של נחושת-נחושת (Cu-Cu) הוא טכנולוגיה מרכזית להשגת חיבורים אנכיים בעלי פסיעה עדינה במיוחד בין שבבים. טכנולוגיה זו שימשה במגוון מוצרי שרתים מתקדמים, כולל AMD EPYC עבור SRAM ומעבדים מוערמים, כמו גם בסדרת MI300 להערמת בלוקים של CPU/GPU על גבי שבבי קלט/פלט. חיבור היברידי צפוי למלא תפקיד מכריע בהתקדמות עתידית של HBM, במיוחד עבור ערימות DRAM העולות על שכבות 16-Hi או 20-Hi.

5. **התקנים אופטיים ארוזים יחד (CPO):** עם הדרישה הגוברת לתפוקת נתונים גבוהה יותר ויעילות אנרגיה גבוהה יותר, טכנולוגיית חיבור אופטי זכתה לתשומת לב רבה. התקנים אופטיים ארוזים יחד (CPO) הופכים לפתרון מפתח לשיפור רוחב הפס של קלט/פלט ולהפחתת צריכת האנרגיה. בהשוואה להולכה חשמלית מסורתית, תקשורת אופטית מציעה מספר יתרונות, כולל הנחתה נמוכה יותר של אות למרחקים ארוכים, רגישות מופחתת לדיבור ורוחב פס מוגבר משמעותית. יתרונות אלה הופכים את ה-CPO לבחירה אידיאלית עבור מערכות HPC עתירות נתונים וחסכוניות באנרגיה.

**שווקים מרכזיים שכדאי לעקוב אחריהם:**

השוק העיקרי המניע את פיתוח טכנולוגיות האריזה ב-2.5D וב-3D הוא ללא ספק מגזר המחשוב בעל הביצועים הגבוהים (HPC). שיטות האריזה המתקדמות הללו חיוניות להתגברות על מגבלות חוק מור, ומאפשרות יותר טרנזיסטורים, זיכרון וחיבורים בתוך מארז יחיד. פירוק השבבים מאפשר גם ניצול אופטימלי של צמתי תהליך בין בלוקים פונקציונליים שונים, כגון הפרדת בלוקי קלט/פלט מבלוקי עיבוד, מה שמשפר עוד יותר את היעילות.

בנוסף למחשוב עתיר ביצועים (HPC), שווקים אחרים צפויים גם הם להשיג צמיחה באמצעות אימוץ טכנולוגיות אריזה מתקדמות. במגזרי 5G ו-6G, חידושים כגון אנטנות אריזה ופתרונות שבבים מתקדמים יעצבו את עתיד ארכיטקטורות רשתות גישה אלחוטיות (RAN). כלי רכב אוטונומיים ייהנו גם הם, שכן טכנולוגיות אלו תומכות בשילוב של סוויטות חיישנים ויחידות מחשוב לעיבוד כמויות גדולות של נתונים תוך הבטחת בטיחות, אמינות, קומפקטיות, ניהול צריכת חשמל ותרמית וחסכון בעלויות.

מוצרי אלקטרוניקה צרכניים (כולל סמארטפונים, שעונים חכמים, מכשירי מציאות רבודה/מציאות מדומה, מחשבים אישיים ותחנות עבודה) מתמקדים יותר ויותר בעיבוד נתונים רבים יותר בחללים קטנים יותר, למרות דגש רב יותר על עלות. אריזות מתקדמות של מוליכים למחצה ימלאו תפקיד מפתח במגמה זו, אם כי שיטות האריזה עשויות להיות שונות מאלה המשמשות ב-HPC.