חדשות התעשייה: מגמות טכנולוגיות אריזה מתקדמת

אריזות מוליכים למחצה התפתחו מעיצובי PCB מסורתיים 1D לחיבור היברידי תלת מימדי חדשני ברמת הפרוסות. התקדמות זו מאפשרת מרווחי קישורים בטווח מיקרון חד ספרתי, עם רוחבי פס של עד 1000 GB/s, תוך שמירה על יעילות אנרגטית גבוהה. בליבת טכנולוגיות אריזה מתקדמות מוליכים למחצה נמצאות אריזת 2.5D (בה מרכיבים ממוקמים זה לצד זה על שכבת ביניים) ואריזה תלת מימדית (הכוללת הערמה אנכית של שבבים פעילים). טכנולוגיות אלו הן חיוניות לעתיד של מערכות HPC.

טכנולוגיית אריזה 2.5D כוללת חומרים שונים של שכבת ביניים, לכל אחד יתרונות וחסרונות משלו. שכבות ביניים של סיליקון (Si), כולל פרוסות סיליקון פסיביות לחלוטין וגשרי סיליקון מקומיים, ידועות כמספקות את יכולות החיווט המשובחות ביותר, מה שהופך אותן לאידיאליות עבור מחשוב בעל ביצועים גבוהים. עם זאת, הם יקרים במונחים של חומרים וייצור ועומדים בפני מגבלות באזור האריזה. כדי למתן את הבעיות הללו, השימוש בגשרי סיליקון מקומיים הולך וגובר, תוך שימוש אסטרטגי בסיליקון שבו פונקציונליות עדינה היא קריטית תוך התייחסות לאילוצי השטח.

שכבות ביניים אורגניות, תוך שימוש בפלסטיק יצוק מאוורר, הן חלופה חסכונית יותר לסיליקון. יש להם קבוע דיאלקטרי נמוך יותר, מה שמפחית את השהיית RC בחבילה. למרות היתרונות הללו, שכבות ביניים אורגניות נאבקות להשיג את אותה רמה של הפחתת תכונות החיבור כמו אריזות מבוססות סיליקון, מה שמגביל את אימוץן ביישומי מחשוב בעלי ביצועים גבוהים.

שכבות מתווך זכוכית זכו לעניין משמעותי, במיוחד בעקבות ההשקה האחרונה של אינטל של אריזות רכבי מבחן מבוססות זכוכית. זכוכית מציעה מספר יתרונות, כגון מקדם התפשטות תרמית מתכוונן (CTE), יציבות מימדית גבוהה, משטחים חלקים ושטוחים, והיכולת 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 הבלתי בשלה והעדר הנוכחי של כושר ייצור בקנה מידה גדול. ככל שהמערכת האקולוגית מתבגרת ויכולות הייצור משתפרות, טכנולוגיות מבוססות זכוכית באריזות מוליכים למחצה עשויות לראות צמיחה ואימוץ נוספים.

במונחים של טכנולוגיית אריזה תלת מימדית, חיבור היברידי ללא בליטות Cu-Cu הופך לטכנולוגיה חדשנית מובילה. טכניקה מתקדמת זו משיגה חיבורים קבועים על ידי שילוב חומרים דיאלקטריים (כמו SiO2) עם מתכות מוטבעות (Cu). מליטה היברידית Cu-Cu יכולה להשיג מרווחים מתחת ל-10 מיקרון, בדרך כלל בטווח המיקרון החד-ספרתי, המייצג שיפור משמעותי לעומת טכנולוגיית ה-micro-bump המסורתית, בעלת מרווחי בליטות של כ-40-50 מיקרון. היתרונות של חיבור היברידי כוללים קלט/פלט מוגבר, רוחב פס משופר, ערימה אנכית תלת-ממדית משופרת, יעילות צריכת חשמל טובה יותר והפחתת השפעות טפיליות והתנגדות תרמית עקב היעדר מילוי תחתית. עם זאת, טכנולוגיה זו מורכבת לייצור ועלויות גבוהות יותר.

טכנולוגיות אריזה 2.5D ותלת מימדיות כוללות טכניקות אריזה שונות. באריזה 2.5D, בהתאם לבחירת חומרי שכבת הביניים, ניתן לסווג אותה לשכבות ביניים על בסיס סיליקון, על בסיס אורגני ועל בסיס זכוכית, כפי שמוצג באיור למעלה. באריזה תלת מימדית, הפיתוח של טכנולוגיית ה-micro-bump שואפת לצמצם את ממדי המרווחים, אך כיום, על ידי אימוץ טכנולוגיית מליטה היברידית (שיטת חיבור Cu-Cu ישירה), ניתן להשיג ממדי מרווח חד ספרתי, המסמנים התקדמות משמעותית בתחום. .

**מגמות טכנולוגיות מרכזיות שכדאי לצפות בהן:**

1. **אזורי שכבות ביניים גדולים יותר:** IDTechEx חזה בעבר כי בשל הקושי של שכבות מתווך סיליקון החורגות ממגבלת גודל הרשתות פי 3, פתרונות גשר סיליקון 2.5D יחליפו בקרוב שכבות ביניים סיליקון כבחירה העיקרית לאריזת שבבי HPC. TSMC היא ספקית מרכזית של שכבות מתווך סיליקון 2.5D עבור NVIDIA ומפתחי HPC מובילים אחרים כמו גוגל ואמזון, והחברה הכריזה לאחרונה על ייצור המוני של הדור הראשון שלה CoWoS_L עם גודל רשת פי 3.5. IDTechEx צופה שהמגמה הזו תימשך, עם התקדמות נוספת הנידונה בדו"ח שלה המכסה שחקנים גדולים.

2. **אריזה ברמת הפאנל:** אריזה ברמת הפאנל הפכה למוקד משמעותי, כפי שהודגש בתערוכת המוליכים למחצה הבינלאומית בטייוואן 2024. שיטת אריזה זו מאפשרת שימוש בשכבות ביניים גדולות יותר ומסייעת בהפחתת עלויות על ידי ייצור חבילות נוספות בו זמנית. למרות הפוטנציאל שלו, עדיין צריך לטפל באתגרים כמו ניהול עמודי עיוותים. הבולטות הגוברת שלו משקפת את הדרישה הגוברת לשכבות ביניים גדולות וחסכוניות יותר.

3. **שכבות מתווך של זכוכית:** זכוכית מתגלה כחומר מועמד חזק להשגת חיווט עדין, הדומה לסיליקון, עם יתרונות נוספים כגון CTE מתכוונן ואמינות גבוהה יותר. שכבות תיווך זכוכית תואמות גם לאריזה ברמת הפאנל, ומציעות פוטנציאל לחיווט בצפיפות גבוהה בעלויות ניתנות לניהול, מה שהופך אותה לפתרון מבטיח לטכנולוגיות אריזה עתידיות.

4. **HBM Hybrid Bonding:** חיבור היברידית נחושת-נחושת תלת-ממדית (Cu-Cu) היא טכנולוגיית מפתח להשגת חיבורים אנכיים עדינים במיוחד בין שבבים. טכנולוגיה זו שימשה במוצרי שרתים מתקדמים שונים, כולל AMD EPYC עבור SRAM ומעבדים מוערמים, כמו גם סדרת MI300 לערימת בלוקים של CPU/GPU על יציאות I/O. חיבור היברידי צפוי למלא תפקיד מכריע בהתקדמות עתידית של HBM, במיוחד עבור ערימות DRAM העולה על 16-Hi או 20-Hi שכבות.

5. **התקנים אופטיים באריזה משותפת (CPO):** עם הדרישה ההולכת וגוברת לתפוקת נתונים ויעילות כוח גבוהה יותר, טכנולוגיית החיבור האופטי זכתה לתשומת לב רבה. התקנים אופטיים באריזה משותפת (CPO) הופכים לפתרון מפתח לשיפור רוחב הפס הקלט/פלט והפחתת צריכת האנרגיה. בהשוואה לשידור חשמלי מסורתי, תקשורת אופטית מציעה מספר יתרונות, כולל הנחתה נמוכה יותר של האות למרחקים ארוכים, רגישות מופחתת של דיבור הצלבה ורוחב פס מוגדל באופן משמעותי. יתרונות אלו הופכים את CPO לבחירה אידיאלית עבור מערכות HPC עתירות נתונים וחסכוניות באנרגיה.

**שווקים עיקריים לצפייה:**

השוק העיקרי המניע את הפיתוח של טכנולוגיות אריזה 2.5D ותלת מימד הוא ללא ספק מגזר המחשוב בעל הביצועים הגבוהים (HPC). שיטות אריזה מתקדמות אלו חיוניות להתגברות על המגבלות של חוק מור, המאפשרות יותר טרנזיסטורים, זיכרון וחיבורים בתוך חבילה אחת. הפירוק של שבבים מאפשר גם ניצול אופטימלי של צמתי תהליך בין בלוקים פונקציונליים שונים, כגון הפרדת בלוקי קלט/פלט מגושי עיבוד, מה שמשפר עוד יותר את היעילות.

בנוסף למחשוב בעל ביצועים גבוהים (HPC), גם שווקים אחרים צפויים להשיג צמיחה באמצעות אימוץ טכנולוגיות אריזה מתקדמות. במגזרי 5G ו-6G, חידושים כמו אנטנות אריזה ופתרונות שבבים חדישים יעצבו את העתיד של ארכיטקטורות רשת הגישה האלחוטית (RAN). גם רכבים אוטונומיים ירוויחו, שכן טכנולוגיות אלו תומכות באינטגרציה של חבילות חיישנים ויחידות מחשוב לעיבוד כמויות גדולות של נתונים תוך הבטחת בטיחות, אמינות, קומפקטיות, ניהול כוח ותרמי וחסכוניות.

מוצרי אלקטרוניקה (כולל סמארטפונים, שעונים חכמים, התקני AR/VR, מחשבים אישיים ותחנות עבודה) מתמקדים יותר ויותר בעיבוד נתונים נוספים בחללים קטנים יותר, למרות דגש גדול יותר על עלות. אריזות מוליכים למחצה מתקדמות ישחקו תפקיד מפתח במגמה זו, אם כי שיטות האריזה עשויות להיות שונות מאלו המשמשות ב-HPC.