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        Near junction cooling 近片冷卻之創新封裝架構熱傳分析
        Heat transfer analysis of near junction cooling innovative package architectures
        • 2022/05/19
        • 908
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        在過去的30年中,IC技術不斷精進,使得單一晶片上可以集成越來越多的電晶體 (transistor),並且成功地滿足了市場需求。同時每個電晶體的成本已大幅下降,如今在DRAM晶片中,每個電晶體的成本不到10-7美元,而在CPU晶片中,每個電晶體的成本則不到10-6美元。因此帶動了近三十年來電子資訊產業的蓬勃發展,尤其是個人電腦產業,幾乎是透過IC製程技術的快速進步和設計創新來實現。而近十幾年來,以智慧型手機為代表的可攜式裝置產品,成為帶動半導體產業和市場向前的最主要動力,由於強調高集成度、低功耗與輕量薄型需求,SoC (system on chip)與SiP (system in package) 成為半導體技術之主要發展方向,而散熱技術面臨的挑戰,主要在於面積/體積受限的情況下,如何有效解決高發熱密度的問題。因此該階段散熱技術開發重點,著重於TIM (thermal interface material)與TGP (thermal ground plane,或稱為vapor chamber) 的薄型化材料與元件開發。目前,由於AI人工智慧的快速發展,同時結合5G與物聯網的應用,已出現龐大數據分析的需求,此時的半導體元件將開始強調具備高頻寬與高算力性能,因此應用系統不再完全強調元件尺寸的微縮,相反的,大面積但緊緻化的晶片與封裝技術已然開始出現。在此趨勢下,未來散熱領域將會面臨到另一波挑戰,亦即如何處理高算力所造成的高散熱量問題,或者解決單位面積或體積下之高發熱密度問題,目標已鎖定大於300W或30W/cm2之高散熱量與高發熱密度問題。

        【內容大綱】

        • 一、前言
        • 二、高算力系統(HPC,High Performance Computing)封裝架構
        • 三、傳統封裝架構之散熱問題
        • 四、一種near junction cooling創新封裝架構
        • 五、熱傳模擬分析
        • IEKView
         

        【圖表大綱】

        • 圖一、Chiplets架構與設計緣起
        • 圖二、SoW (System on Wafer)架構,主要用於AI的HPC運算應用
        • 圖三、傳統封裝架構之散熱問題
        • 圖四、液冷式near junction cooling封裝架構
        • 圖五、Near junction cooling創新封裝架構
        • 圖六、創新封裝架構之熱傳路徑評估分析
        • 圖七、傳統架構與兩種創新架構之模擬參數條件設定
        • 圖八、三種封裝架構模之溫度模擬結果
        • 圖九、三種封裝架構模之散熱能力估算
        • 圖十、創新封裝結構之製程流程示意

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