Цахиураас цахиурын карбид хүртэл: Өндөр дулаан дамжуулалттай материалууд чип сав баглаа боодлыг хэрхэн шинээр тодорхойлж байна вэ?

Цахиур нь хагас дамжуулагч технологийн тулгын чулуу байсаар ирсэн. Гэсэн хэдий ч транзисторын нягтрал нэмэгдэж, орчин үеийн процессорууд болон цахилгаан модулиуд улам бүр өндөр чадлын нягтрал үүсгэдэг тул цахиур дээр суурилсан материалууд нь дулааны менежмент болон механик тогтвортой байдлын үндсэн хязгаарлалттай тулгардаг.

Цахиурын карбидӨргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч (SiC) нь өндөр температурын ажиллагааны үед тогтвортой байдлыг хадгалахын зэрэгцээ мэдэгдэхүйц өндөр дулаан дамжуулалт болон механик хатуулагтай байдаг. Энэхүү нийтлэлд цахиураас SiC руу шилжих нь чип сав баглаа боодлыг хэрхэн өөрчилж, шинэ дизайны философи, системийн түвшний гүйцэтгэлийн сайжруулалтыг хэрхэн бий болгож байгааг авч үзэх болно.

1. Дулаан дамжуулалт: Дулаан тархалтын саадыг шийдвэрлэх нь

Чип сав баглаа боодлын гол бэрхшээлүүдийн нэг бол дулааныг хурдан зайлуулах явдал юм. Өндөр хүчин чадалтай процессор болон цахилгаан төхөөрөмжүүд нь авсаархан талбайд хэдэн зуун мянган ватт эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой. Үр ашигтай дулаан ялгаруулахгүйгээр хэд хэдэн асуудал үүсдэг:

• Төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог уулзварын өндөр температур

• Цахилгаан шинж чанарын зөрүү, гүйцэтгэлийн тогтвортой байдлыг алдагдуулдаг

• Механик стресс хуримтлагдаж, савлагаа хагарах эсвэл эвдрэхэд хүргэдэг

Цахиурын дулаан дамжуулалт нь ойролцоогоор 150 Вт/м·К байдаг бол SiC нь талстын чиглэл болон материалын чанараас хамааран 370–490 Вт/м·К хүрч болно. Энэхүү мэдэгдэхүйц ялгаа нь SiC дээр суурилсан сав баглаа боодлыг дараахь байдлаар хийх боломжийг олгодог.

• Дулааныг илүү хурдан, жигд дамжуулна

• Уулзварын доод температур

• Гаднах том хөргөлтийн шийдлээс хамааралтай байдлыг багасгах

2. Механик тогтвортой байдал: Сав баглаа боодлын найдвартай байдлын нууц түлхүүр

Дулааны хүчин зүйлээс гадна чипний багцууд нь дулааны мөчлөг, механик стресс болон бүтцийн ачааллыг тэсвэрлэх ёстой. SiC нь цахиураас хэд хэдэн давуу талтай:

• Дээд Янгийн модуль: SiC нь цахиураас 2-3 дахин хатуу бөгөөд нугалах болон муруйлтаас хамгаалдаг.

• Дулааны тэлэлтийн коэффициент (ДТТ) бага: Сав баглаа боодлын материалтай илүү сайн зохицох нь дулааны стрессийг бууруулдаг

• Химийн болон дулааны маш сайн тогтвортой байдал: Чийглэг, өндөр температур эсвэл идэмхий орчинд бүрэн бүтэн байдлаа хадгалдаг

Эдгээр шинж чанарууд нь ялангуяа өндөр хүчин чадалтай эсвэл өндөр нягтралтай сав баглаа боодлын хэрэглээнд урт хугацааны найдвартай байдал, ургацыг нэмэгдүүлэхэд шууд хувь нэмэр оруулдаг.

3. Сав баглаа боодлын дизайны философийн өөрчлөлт

Уламжлалт цахиур дээр суурилсан сав баглаа боодол нь радиатор, хүйтэн хавтан эсвэл идэвхтэй хөргөлт гэх мэт гадны дулааны менежментээс ихээхэн хамаардаг бөгөөд энэ нь "идэвхгүй дулааны менежмент" загварыг бүрдүүлдэг. SiC-ийг нэвтрүүлснээр энэ хандлагыг үндсээр нь өөрчилдөг:

• Суулгагдсан дулааны удирдлага: Багц нь өөрөө өндөр үр ашигтай дулааны зам болдог

• Өндөр чадлын нягтралыг дэмжих: Чипийг дулааны хязгаараас хэтрүүлэлгүйгээр хооронд нь ойрхон байрлуулах эсвэл давхарлаж болно

• Системийн интеграцийн уян хатан байдал: Дулааны гүйцэтгэлийг алдагдуулахгүйгээр олон чиптэй болон олон төрлийн интеграцийг хэрэгжүүлэх боломжтой болсон

Үндсэндээ SiC нь зүгээр л "илүү сайн материал" биш бөгөөд инженерүүдэд чипийн зохион байгуулалт, холболт, багцын архитектурыг дахин бодох боломжийг олгодог.

4. Олон янзын интеграцийн үр дагавар

Орчин үеийн хагас дамжуулагч системүүд нь логик, эрчим хүч, RF, тэр ч байтугай фотоник төхөөрөмжүүдийг нэг багцад нэгтгэх нь улам бүр нэмэгдэж байна. Бүрэлдэхүүн хэсэг бүр нь өөр өөр дулааны болон механик шаардлага тавьдаг. SiC дээр суурилсан суурь ба интерпозерууд нь энэхүү олон янз байдлыг дэмждэг нэгдмэл платформыг бий болгодог:

• Өндөр дулаан дамжуулалт нь олон төхөөрөмж дээр дулааныг жигд хуваарилах боломжийг олгодог

• Механик хатуулаг нь нарийн төвөгтэй давхарга болон өндөр нягтралтай зохион байгуулалтын үед багцын бүрэн бүтэн байдлыг хангадаг

• Өргөн зурвасын зайтай төхөөрөмжүүдтэй нийцтэй байх нь SiC-ийг дараагийн үеийн эрчим хүч болон өндөр хүчин чадалтай тооцооллын програмуудад онцгой тохиромжтой болгодог.

5. Үйлдвэрлэлийн анхаарах зүйлс

SiC нь материалын дээд зэргийн шинж чанарыг санал болгодог боловч хатуулаг болон химийн тогтвортой байдал нь үйлдвэрлэлийн өвөрмөц бэрхшээлүүдийг бий болгодог:

• Вафлийг сийрэгжүүлэх болон гадаргууг бэлтгэх: Хагарал, муруйлтаас зайлсхийхийн тулд нарийн нунтаглах, өнгөлөх шаардлагатай

• Үүсгэх болон хээ угалзаар зурах: Өндөр харьцаатай хээ угалз нь ихэвчлэн лазерын тусламжтай эсвэл дэвшилтэт хуурай сийлбэрийн техник шаарддаг.

• Металлжуулалт ба харилцан холболт: Найдвартай наалдац ба бага эсэргүүцэлтэй цахилгаан замууд нь тусгай хаалт давхаргыг шаарддаг.

• Шалгалт болон ургацын хяналт: Материалын өндөр хатуулаг болон том хэмжээтэй хавтангууд нь жижиг согогийн нөлөөллийг ч нэмэгдүүлдэг.

Эдгээр бэрхшээлийг амжилттай шийдвэрлэх нь өндөр хүчин чадалтай сав баглаа боодол дахь SiC-ийн бүрэн ашиг тусыг хүртэхийн тулд чухал юм.

Дүгнэлт

Цахиураас цахиурын карбид руу шилжих нь материалын шинэчлэлтээс илүү ихийг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь чипийн сав баглаа боодлын бүхэл бүтэн загварыг өөрчилдөг. Дээд зэргийн дулааны болон механик шинж чанарыг субстрат эсвэл завсрын гадаргуу дээр шууд нэгтгэснээр SiC нь илүү өндөр чадлын нягтрал, сайжруулсан найдвартай байдал, системийн түвшний дизайнд илүү уян хатан байдлыг бий болгодог.

Хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд гүйцэтгэлийн хязгаарыг давж байгаа тул SiC дээр суурилсан материалууд нь зөвхөн нэмэлт сайжруулалт биш бөгөөд дараагийн үеийн сав баглаа боодлын технологийн гол хүчин зүйл болдог.