Yuav daws cov teeb meem thermal ntawm nti ntim li cas

  Logic chips tsim cov cua sov, thiab qhov denser lub logic thiab qhov siab dua qhov kev siv ntawm cov khoom ua, qhov kub ntau dua. ...
Engineers tab tom nrhiav txoj hauv kev kom ua tau zoo dissipate tshav kub los ntawm complex modules.

Muab ntau daim chips ib sab ntawm ib sab hauv tib lub pob tuaj yeem txo cov teeb meem thermal, tab sis raws li cov tuam txhab delve ntxiv rau hauv chip stacking thiab denser ntim kom nce kev ua tau zoo thiab txo hwj chim, lawv tab tom tawm tsam cov txheej txheem tshiab ntawm cov teeb meem kub.

Advanced ntim chips tuaj yeem tsis tsuas yog ua tau raws li cov kev xav tau ntawm kev ua haujlwm siab, kev txawj ntse, kev loj hlob ntawm lub zog, thiab lwm yam, tab sis cov teeb meem kub dissipation ntawm kev ntim khoom tau dhau los ua nyuaj. Vim tias qhov kub kub ntawm ib nti yuav cuam tshuam rau kev faib hluav taws xob ntawm cov chips uas nyob ib sab. Kev sib txuas ceev ntawm cov chips kuj qeeb hauv modules dua li hauv SoCs.

"Ua ntej lub ntiaj teb tau nkag mus rau hauv tej yam xws li ntau cov tub ntxhais kawm, koj tau cuam tshuam nrog lub nti uas muaj lub zog siab tshaj plaws ntawm li 150 watts ib square centimeter, uas yog ib qho chaw kub ntawm qhov chaw," said John Parry, tus thawj coj ntawm electronics thiab semiconductors ntawm Siemens Digital Industries Software. Koj tuaj yeem tshem tawm cov cua sov hauv tag nrho peb cov lus qhia, yog li koj tuaj yeem ua tiav qee lub zog zoo nkauj. Tab sis thaum koj muaj ib lub nti thiab muab lwm lub nti rau ntawm nws, thiab muab lwm lub nti rau ntawm nws, lawv "Lawv ua kom sov ib leeg. Qhov ntawd txhais tau hais tias koj tsis tuaj yeem zam tib lub zog rau txhua lub nti, uas ua rau lub thermal. sib tw nyuaj dua. "

Qhov no yog ib qho ntawm cov laj thawj tseem ceeb rau kev ua haujlwm qeeb ntawm 3D-IC stacking hauv khw. Thaum lub tswv yim ua rau muaj kev nkag siab los ntawm kev siv hluav taws xob thiab kev sib koom ua ke - thiab ua haujlwm zoo hauv 3D NAND thiab HBM - nws yog ib zaj dab neeg sib txawv thaum lub logic suav nrog. Logic chips tsim kom muaj cua sov, thiab qhov denser lub logic thiab ntau dua qhov kev siv ntawm cov txheej txheem, qhov ntau dua qhov cua sov.Qhov no ua rau cov logic stacking tsawg, uas piav txog qhov muaj koob meej ntawm 2.5D flip-chip BGA thiab kiv cua-tawm tsim.

 

 

01 Xaiv lub pob zoo

Rau chip designers, muaj ntau yam kev xaiv ntim. Tab sis kev ua tau zoo ntawm kev sib xyaw chip yog qhov tseem ceeb. Cheebtsam xws li silicon, TSVs, tooj liab pillars, thiab lwm yam. tag nrho cov sib txawv thermal coefficients expansion (TCE), uas cuam tshuam rau kev sib dhos yield thiab kev cia siab rau lub sij hawm ntev.

Yog tias koj qhib thiab kaw ntawm qhov ntau zaus, koj tuaj yeem khiav mus rau cov teeb meem thermal cycling. Cov ntawv luam tawm Circuit Board, cov khoom siv, thiab silicon txhua qhov nthuav dav thiab cog lus ntawm tus nqi sib txawv. Yog li ntawd, nws yog ib txwm pom thermal cycling tsis ua hauj lwm nyob rau hauv cov ces kaum ntawm lub pob, qhov twg cov pob solder yuav tawg. Yog li ntawd ib tug yuav muab ib tug ntxiv hauv av xaim nyob rau hauv los yog ib tug ntxiv fais fab mov.

Tam sim no nrov flip-chip BGA pob nrog CPU thiab HBM muaj thaj tsam ntawm 2500 square millimeters. Mike McIntyre, tus thawj coj ntawm software tswj cov khoom lag luam ntawm Onto Innovation tau hais tias "Peb tab tom pom ib lub nti loj uas yuav dhau los ua plaub lossis tsib lub chips me me," "Yog li koj yuav tsum muaj I / O ntau dua kom tso cai rau cov chips sib tham. Yog li koj tuaj yeem faib cov cua sov.

Thaum kawg, cua txias yog qhov teeb meem uas tuaj yeem daws tau ntawm qhov system theem, thiab nws los nrog kev sib pauv hloov pauv.

Qhov tseeb, qee cov khoom siv yog qhov nyuaj heev uas nws nyuaj rau hloov cov khoom siv yooj yim txhawm rau kho cov cuab yeej no rau ib qho kev thov tshwj xeeb. Qhov no yog vim li cas ntau cov khoom ntim siab heev yog siv rau cov khoom ntim siab lossis cov nqi-elastic, xws li cov chips server.

02 Kev nce qib hauv chip module simulation thiab kuaj

Txawm li cas los xij, engineers tab tom nrhiav txoj hauv kev tshiab los ua cov thermal tsom xam ntawm pob kev ntseeg tau ua ntej cov khoom ntim khoom tsim. Piv txwv li, Siemens muab ib qho piv txwv ntawm dual-ASIC-raws li modules mounts ib tug kiv cua-tawm redistribution txheej (RDL) ntawm ib tug multilayer organic substrate nyob rau hauv ib pob BGA. Nws siv ob tus qauv, ib qho rau RDL-raws li WLP thiab lwm yam rau BGA ntawm ntau txheej organic substrates. Cov qauv pob no yog parametric, suav nrog cov txheej txheej substrate thiab BGA ua ntej EDA cov ntaub ntawv qhia, thiab ua kom muaj kev ntsuam xyuas cov khoom siv thaum ntxov thiab xaiv qhov chaw tuag. Tom ntej no, EDA cov ntaub ntawv raug xa tuaj thiab, rau txhua tus qauv, cov ntaub ntawv qhia chaw muab cov ncauj lus kom ntxaws thermal piav qhia ntawm tooj liab faib hauv txhua txheej. Kev simulation thaum tshav kub kub dissipation (saib daim duab 2) suav tias yog tag nrho cov ntaub ntawv tshwj tsis yog lub hau hlau, TIM, thiab cov khoom siv hauv qab.

 

  JCET Technical Marketing Director Eric Ouyang koom JCET thiab Meta engineers los sib piv cov thermal kev ua tau zoo ntawm monolithic chips, multi-chip modules, 2.5D interposers thiab 3D stacked chips nrog ib tug ASIC thiab ob SRAMs. Cov txheej txheem sib piv ua kom lub server ib puag ncig, lub dab dej kub nrog lub tshuab nqus tsev, thiab TIM tas li. Thermal wise, 2.5D thiab MCM ua tau zoo dua 3D los yog monolithic chips. Ouyang thiab cov npoj yaig ntawm JCET tau tsim cov qauv hluav taws xob tiv thaiv thiab lub hnab ntawv lub zog (saib daim duab 3) uas tuaj yeem siv rau hauv kev tsim qauv thaum ntxov los txiav txim siab cov khoom siv hluav taws xob sib txawv ntawm cov chips sib txawv thiab teeb tsa ua ntej lub sij hawm siv thermal simulations. Seb qhov kub thiab txias tuaj yeem ua ke ntseeg tau. Raws li pom hauv daim duab, thaj chaw nyab xeeb qhia txog lub zog ntau ntawm txhua lub nti uas ua tau raws li cov qauv kev ntseeg tau.

Ouyang tau piav qhia tias thaum lub sijhawm tsim qauv, cov neeg tsim hluav taws xob hauv Circuit Court tej zaum yuav muaj lub tswv yim ntawm lub zog theem ntawm ntau lub chips muab tso rau hauv lub module, tab sis tej zaum yuav tsis paub seb cov qib fais fab no puas nyob rau hauv kev ntseeg tau. Daim duab no txiav txim siab thaj chaw muaj kev nyab xeeb rau ntau txog peb lub chips hauv ib lub chiplet module. Pab neeg no tau tsim lub tshuab xam zauv fais fab tsis siv neeg rau ntau daim chips.

 

03 Quantify thermal kuj

Peb tuaj yeem nkag siab tias cov cua sov ua haujlwm li cas los ntawm cov chips silicon, Circuit Court board, kua nplaum, TIM los yog pob lub hau, thiab siv cov txheej txheem ntawm qhov kub thiab txias thiab lub zog ua haujlwm los taug qab qhov kub thiab txias.

"Txoj kev thermal yog ntsuas los ntawm peb qhov tseem ceeb - qhov thermal tsis kam ntawm cov khoom sib txuas mus rau ib puag ncig, thermal tiv thaiv los ntawm kev sib tshuam mus rau rooj plaub [nyob rau sab saum toj ntawm lub pob], thiab thermal tiv thaiv los ntawm kev sib tshuam mus rau qhov chaw. Circuit Board, "JCET's Ouyang hais. thermal tsis kam. Nws tau sau tseg tias, qhov tsawg kawg nkaus, JCET cov neeg siv khoom xav tau θja, θjc, thiab θjb, uas lawv siv rau hauv kev tsim qauv. Tej zaum lawv yuav xav kom qhov kev tiv thaiv thermal tsis pub tshaj tus nqi tshwj xeeb thiab xav kom lub pob tsim muab qhov kev ua tau zoo. (Saib JEDEC's JESD51-12, Cov Lus Qhia rau Kev Tshaj Tawm thiab Siv Cov Ntaub Ntawv Kub Kub kom paub meej).

 

  Thermal simulation yog qhov kev lag luam zoo tshaj plaws los tshawb txog kev xaiv thiab kev sib txuam ntawm cov ntaub ntawv. Los ntawm simulating cov nti hauv kev ua haujlwm, peb feem ntau pom ib lossis ntau qhov chaw kub, yog li peb tuaj yeem ntxiv tooj liab rau cov khoom siv hauv qab ntawm qhov kub kub los pab kom cov cua sov dissipation; los yog hloov cov khoom ntim thiab ntxiv lub dab dej kub. Lub kaw lus integrator yuav qhia tau tias cov thermal resistances θja, θjc, thiab θjb yuav tsum tsis txhob tshaj tej yam nqi. Feem ntau, silicon hlws ris kub yuav tsum tau khaws cia hauv qab 125 degree.

Tom qab kev simulation tiav lawm, lub Hoobkas ntim tau tsim cov kev sim (DOE) kom txog thaum kawg ntim cov tshuaj.

04 Xaiv TIM

Nyob rau hauv ib lub pob, ntau tshaj 90% ntawm cov cua sov yog dissipated los ntawm lub pob los ntawm sab saum toj ntawm lub nti mus rau lub tshav kub dab dej, feem ntau anodized txhuas-raws li ntsug fins. Cov khoom siv thermal interface (TIM) nrog cov thermal conductivity siab yog muab tso rau ntawm cov nti thiab pob los pab hloov cov cua sov. Lwm tiam TIMs rau CPUs muaj xws li cov ntawv hlau alloys xws li indium thiab tin, nrog rau cov nyiaj-sintered tin, nrog conductivities ntawm 60W / mK thiab 50W / mK feem.

Raws li cov tuam txhab hloov SoCs rau cov txheej txheem chiplet, xav tau ntau TIMs nrog cov khoom sib txawv thiab tuab.

YoungDo Kweon, tus thawj coj loj ntawm R & D ntawm Amkor, tau hais tias rau cov tshuab muaj zog, qhov thermal tsis kam ntawm TIM ntawm cov nti thiab pob muaj kev cuam tshuam ntau dua rau tag nrho cov thermal tsis kam ntawm cov khoom ntim. Lub zog hloov pauv tau nce zuj zus, tshwj xeeb tshaj yog rau cov laj thawj, yog li peb tsom mus rau kev ua kom qhov sib txuas kub qis kom ntseeg tau tias kev lag luam semiconductor txhim khu kev qha. Txawm hais tias TIM cov neeg muag khoom muab cov nqi hluav taws xob tiv thaiv rau lawv cov ntaub ntawv, qhov tseeb, qhov thermal tsis kam ntawm nti rau pob (θjc) cuam tshuam los ntawm cov txheej txheem sib dhos nws tus kheej, suav nrog kev sib txuas zoo thiab kev sib cuag ntawm cov nti thiab TIM. Nws tau sau tseg tias kev sim nrog cov cuab yeej sib dhos tiag tiag thiab cov ntaub ntawv sib txuas hauv qhov chaw tswj hwm yog qhov tseem ceeb rau kev nkag siab txog kev ua haujlwm thermal thiab xaiv qhov zoo tshaj plaws TIM rau cov neeg siv khoom tsim nyog.

Qhov khoob yog ib qho teeb meem tshwj xeeb. Siemens 'Parry tau hais tias, "Kev siv cov ntaub ntawv hauv kev ntim khoom yog ib qho kev sib tw loj. Peb twb paub tias cov khoom siv ntawm cov nplaum los yog cov kua nplaum, thiab txoj kev uas cov khoom ntub rau saum npoo, yuav cuam tshuam rau tag nrho cov thermal tiv thaiv los ntawm cov khoom, Qhov ntawd yog, kev tiv thaiv kev tiv thaiv ntau nyob ntawm seb cov khoom ntws mus rau hauv qhov chaw tsis muaj qhov tsis zoo uas tsim kev tiv thaiv ntxiv rau cov cua sov.

 

05 Kev daws teeb meem kub sib txawv

Chipmakers tab tom nrhiav txoj hauv kev los daws qhov teeb meem kub dissipation. Randy White, tus thawj tswj hwm kev daws teeb meem nco txog ntawm Keysight Technologies, tau hais tias: "Cov txheej txheem ntim khoom tseem zoo li qub, yog tias koj txo cov nti loj los ntawm ib lub hlis twg, nws yuav nrawm dua. Tej zaum yuav muaj qee qhov teeb meem kev ncaj ncees sib txawv. Vim yog cov pob khoom sab nraud. Cov hlau txuas mus rau hauv cov nti, thiab cov hlau ntev dua, qhov ntau dua qhov inductance, yog li muaj qhov hluav taws xob ua haujlwm li cas, koj yuav ua li cas thiaj li muaj zog txaus hauv qhov chaw me me uas yuav tsum tau kawm ."

Qhov no tau ua rau muaj kev nqis peev tseem ceeb hauv kev tshawb fawb txog kev sib koom ua ke, zoo li tsom mus rau kev sib koom ua ke hybrid. Tab sis hybrid bonding yog kim thiab tseem txwv rau cov kev ua tau zoo ntawm cov processor-type applications, nrog TSMC tam sim no yog ib lub tuam txhab nkaus xwb muab cov thev naus laus zis no. Txawm li cas los xij, qhov kev cia siab rau kev sib txuas ntawm photons ntawm CMOS chips lossis gallium nitride ntawm silicon tau cog lus.

06 Xaus

Thawj lub tswv yim rau kev ntim khoom siab heev yog tias nws yuav ua haujlwm zoo li Lego cib - chips tsim ntawm cov txheej txheem sib txawv tuaj yeem sib sau ua ke thiab cov teeb meem thermal yuav txo tau. Tab sis qhov no los ntawm tus nqi. Los ntawm kev ua tau zoo thiab lub zog pom, qhov kev ncua deb ntawm lub teeb liab yuav tsum tau mus los yog qhov tseem ceeb, thiab cov circuits uas ib txwm nyob, lossis xav tau qhib ib nrab, tuaj yeem cuam tshuam kev ua haujlwm thermal. Kev faib cov nti rau hauv ntau qhov chaw kom muaj txiaj ntsig thiab yoog raws tsis yooj yim li nws zoo li. Txhua qhov kev sib txuas hauv pob yuav tsum tau ua kom zoo, thiab hotspots tsis txwv rau ib nti.

Cov cuab yeej ua qauv thaum ntxov tuaj yeem siv los txiav txim tawm qhov sib txawv ntawm cov chips, muab cov tsim qauv ntawm cov qauv tsim kom muaj kev txhawb nqa loj. Nyob rau lub sijhawm no ntawm kev muaj zog ntau ntxiv, thermal simulation thiab kev qhia txog TIMs tshiab yuav tseem ceeb.