चिप पैकेजिंग की थर्मल समस्या को कैसे हल करें
उन्नत पैकेजिंग चिप्स न केवल उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग, कृत्रिम बुद्धिमत्ता, बिजली घनत्व वृद्धि आदि की जरूरतों को पूरा करते हैं, बल्कि उन्नत पैकेजिंग के गर्मी लंपटता मुद्दों को भी जटिल बनाते हैं। क्योंकि किसी चिप पर हॉट स्पॉट आसन्न चिप्स के ताप वितरण को प्रभावित कर सकता है। एसओसी की तुलना में मॉड्यूल में चिप्स के बीच इंटरकनेक्शन की गति भी धीमी है।
इंजीनियर जटिल मॉड्यूल से गर्मी खत्म करने के प्रभावी तरीके खोज रहे हैं। एक ही पैकेज में कई चिप्स को एक साथ रखने से थर्मल समस्याओं को कम किया जा सकता है, लेकिन जैसे-जैसे कंपनी प्रदर्शन में सुधार और बिजली को कम करने के लिए चिप स्टैकिंग और सघन पैकेजिंग में आगे बढ़ती है, वे गर्मी से संबंधित नए मुद्दों की एक श्रृंखला से जूझ रहे हैं।
सीपीयू और एचबीएम के साथ वर्तमान लोकप्रिय फ्लिप बीजीए पैकेजिंग क्षेत्र लगभग 2500 वर्ग मिलीमीटर है। हम देखते हैं कि एक बड़ी चिप चार या पाँच छोटी चिप्स बन सकती है। इसलिए इन चिप्स को एक दूसरे के साथ संचार करने के लिए अधिक I/O का होना आवश्यक है। तो आप गर्मी वितरित कर सकते हैं। वास्तव में, कुछ उपकरण इतने जटिल होते हैं कि विशिष्ट फ़ील्ड अनुप्रयोगों के लिए इन उपकरणों को अनुकूलित करने के लिए घटकों को आसानी से बदलना मुश्किल होता है। यही कारण है कि कई उन्नत पैकेजिंग उत्पादों का उपयोग बहुत बड़ी मात्रा या मूल्य लोच वाले घटकों के लिए किया जाता है, जैसे सर्वर चिप्स।
डिज़ाइन प्रक्रिया के दौरान, सर्किट डिजाइनरों के पास मॉड्यूल में रखे गए विभिन्न चिप्स के पावर स्तरों की अवधारणा हो सकती है, लेकिन यह नहीं पता हो सकता है कि ये पावर स्तर विश्वसनीयता सीमा के भीतर हैं या नहीं। इसलिए, इंजीनियर पैकेजिंग मॉड्यूल के निर्माण से पहले पैकेजिंग विश्वसनीयता का थर्मल विश्लेषण करने के लिए नए तरीकों की खोज कर रहे हैं। थर्मल सिमुलेशन के माध्यम से, हम समझ सकते हैं कि तापमान और प्रतिरोध मूल्यों को ट्रैक करने के लिए तापमान अंतर और पावर फ़ंक्शन जैसे मानक तरीकों का उपयोग करते हुए सिलिकॉन चिप्स, सर्किट बोर्ड, चिपकने वाले, टीआईएम या पैकेजिंग कवर के माध्यम से गर्मी का संचालन कैसे किया जाता है।
सामग्रियों के चयन और मिलान की खोज के लिए थर्मल सिमुलेशन सबसे किफायती तरीका है। चिप्स को उनकी कार्यशील स्थिति में अनुकरण करके, हम आमतौर पर एक या अधिक हॉटस्पॉट की खोज करते हैं, इसलिए हम गर्मी अपव्यय की सुविधा के लिए हॉटस्पॉट के नीचे सब्सट्रेट में तांबा जोड़ सकते हैं; या पैकेजिंग सामग्री बदलें और हीट सिंक जोड़ें।
पैकेजिंग में, 90% से अधिक गर्मी चिप के शीर्ष से पैकेजिंग के माध्यम से हीट सिंक तक फैल जाती है, आमतौर पर एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम ऑक्साइड पर आधारित एक ऊर्ध्वाधर पंख होता है। गर्मी हस्तांतरण में मदद के लिए चिप और पैकेज के बीच उच्च तापीय चालकता वाला एक थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) रखा जाता है। सीपीयू के लिए अगली पीढ़ी के टीआईएम में क्रमशः 60W/mK और 50W/mK की चालकता के साथ धातु शीट मिश्र धातु (जैसे इंडियम और टिन), साथ ही सिल्वर सिंटेड टिन शामिल हैं।
उन्नत पैकेजिंग की प्रारंभिक अवधारणा यह है कि यह लेगो बिल्डिंग ब्लॉक्स की तरह काम करेगी - विभिन्न प्रक्रिया नोड्स पर विकसित चिप्स को एक साथ इकट्ठा किया जा सकता है, और थर्मल समस्याएं कम हो जाएंगी। लेकिन इसकी एक कीमत चुकानी पड़ती है। प्रदर्शन और शक्ति के दृष्टिकोण से, सिग्नल को प्रसारित करने के लिए आवश्यक दूरी महत्वपूर्ण है, और सर्किट हमेशा खुला रहता है या आंशिक रूप से खुला रहने की आवश्यकता होती है, जो थर्मल प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है। उत्पादन और लचीलेपन को बढ़ाने के लिए चिप्स को कई भागों में विभाजित करना उतना आसान नहीं है जितना लगता है। पैकेजिंग में प्रत्येक इंटरकनेक्ट को अनुकूलित किया जाना चाहिए, और हॉटस्पॉट अब एक चिप तक सीमित नहीं हैं।
प्रारंभिक मॉडलिंग टूल का उपयोग चिप्स के विभिन्न संयोजनों को बाहर करने के लिए किया जा सकता है, जो जटिल मॉड्यूल के डिजाइनरों के लिए एक महान प्रेरणा शक्ति प्रदान करता है। लगातार बढ़ते बिजली घनत्व के इस युग में, थर्मल सिमुलेशन और नए टीआईएम की शुरूआत अभी भी आवश्यक होगी।
