チップ冷却技術

半導体装置の開発において、装置の革新と技術の向上は常に異なる困難と問題に直面します。 少数のトランジスタは信頼性に大きな影響を与えないかもしれませんが、数十億個のトランジスタが発生する熱は信頼性に影響を与えます。 使用率が高いと熱放散が増加しますが、熱密度は、スマートフォン、サーバー チップ、ar/vr、およびその他の多くの高性能デバイスで使用されるすべての高度なノード チップおよびパッケージに影響を与えます。 これらすべてについて、DRAM のレイアウトとパフォーマンスが設計上の主要な考慮事項になりました。

DRAM に加えて、熱管理はますます多くのチップにとって重要になっています。 これは、開発プロセス全体で考慮しなければならないますます相互に関連する要因の 1 つです。 パッケージング業界は、熱放散の問題を解決する方法も模索しています。 最適なパッケージング方法を選択し、それにチップを統合することは、パフォーマンスにとって非常に重要です。 コンポーネント、シリコン、TSV、銅ピラーなどはすべて熱膨張係数 (TCE) が異なり、アセンブリの歩留まりと長期的な信頼性に影響します。

TIM の選択:

チップ パッケージでは、熱の 90% 以上がチップの上部からパッケージを通じてラジエーターに放出されます。パッケージは通常、垂直フィンを備えた陽極酸化アルミニウム基板です。 熱伝導率の高い熱伝導材料 (TIM) がチップとパッケージの間に配置され、熱の伝達を助けます。 CPU 用の次世代 Tim には、板金合金 (インジウムやスズなど) と銀焼結スズが含まれており、伝導電力はそれぞれ 60w/mk と 50w/mk です。

マイクロ チップ冷却チャネル:

今回、スイスの研究者は、外部冷却を必要としないチップを発明するためのより良い方法をついに見つけました。 半導体に組み込まれた微小管は、冷却液をトランジスタの周りに直接運びます。これにより、チップの熱放散効果が大幅に向上するだけでなく、エネルギーが節約され、将来の電子製品がより環境に優しくなります。 この統合冷却の生産は、以前のプロセスよりも安価です。

高度なパッケージングの背後にある当初のアイデアは、レゴ ブロックのように機能するというものです。異なるプロセス ノードで開発された小さなチップを組み合わせて、熱の問題を軽減することができます。 ただし、パフォーマンスと電力の観点から、信号を送信する必要がある距離は非常に重要であり、常に開いているか、部分的に暗くする必要がある回路は、熱特性に影響します。 生産性と柔軟性を向上させるためだけに金型を複数のパーツに分割するのは、見かけほど単純ではありません。 パッケージ内のすべての相互接続を最適化する必要があり、ホットスポットは単一のチップに限定されなくなりました。

全体として、開発動向に関しては、DRAM チップは、ストレージ チップ技術の製造プロセスを小型化することにより、ストレージ密度を向上させます。 ストレージ製品については、将来的に高速化と大容量化の方向に発展し、製品の性能は引き続き向上します。 ストレージ製品のアプリケーション分野では、PC、5g 携帯電話、ウェアラブル デバイス、およびセキュリティが従来のアプリケーション分野の主な開発トレンドであり、データ センター、スマート ホーム、スマート カーが新興アプリケーション分野の主な開発トレンドです。 したがって、パッケージング業界は、チップ冷却技術の研究開発を引き続き推進していきます。