ઉદ્યોગ સમાચાર: અદ્યતન પેકેજિંગ ટેકનોલોજી વલણો

સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ પરંપરાગત 1D PCB ડિઝાઇનથી વેફર સ્તરે અત્યાધુનિક 3D હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ સુધી વિકસિત થયું છે. આ પ્રગતિ સિંગલ-ડિજિટ માઇક્રોન રેન્જમાં ઇન્ટરકનેક્ટ સ્પેસિંગને મંજૂરી આપે છે, જેમાં 1000 GB/s સુધીની બેન્ડવિડ્થ હોય છે, જ્યારે ઉચ્ચ ઉર્જા કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખવામાં આવે છે. અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ તકનીકોના મૂળમાં 2.5D પેકેજિંગ (જ્યાં ઘટકો મધ્યસ્થી સ્તર પર બાજુ-બાજુ મૂકવામાં આવે છે) અને 3D પેકેજિંગ (જેમાં સક્રિય ચિપ્સને ઊભી રીતે સ્ટેક કરવાનો સમાવેશ થાય છે) છે. HPC સિસ્ટમ્સના ભવિષ્ય માટે આ તકનીકો મહત્વપૂર્ણ છે.

2.5D પેકેજિંગ ટેકનોલોજીમાં વિવિધ મધ્યસ્થી સ્તર સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે, દરેકના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે. સિલિકોન (Si) મધ્યસ્થી સ્તરો, જેમાં સંપૂર્ણપણે નિષ્ક્રિય સિલિકોન વેફર્સ અને સ્થાનિક સિલિકોન બ્રિજનો સમાવેશ થાય છે, તે શ્રેષ્ઠ વાયરિંગ ક્ષમતાઓ પ્રદાન કરવા માટે જાણીતા છે, જે તેમને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ માટે આદર્શ બનાવે છે. જો કે, તે સામગ્રી અને ઉત્પાદનની દ્રષ્ટિએ મોંઘા છે અને પેકેજિંગ ક્ષેત્રમાં મર્યાદાઓનો સામનો કરે છે. આ સમસ્યાઓને ઘટાડવા માટે, સ્થાનિક સિલિકોન બ્રિજનો ઉપયોગ વધી રહ્યો છે, વ્યૂહાત્મક રીતે સિલિકોનનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો છે જ્યાં ક્ષેત્રના અવરોધોને સંબોધતી વખતે ઉત્તમ કાર્યક્ષમતા મહત્વપૂર્ણ છે.

ફેન-આઉટ મોલ્ડેડ પ્લાસ્ટિકનો ઉપયોગ કરીને ઓર્ગેનિક મધ્યસ્થી સ્તરો સિલિકોનનો વધુ ખર્ચ-અસરકારક વિકલ્પ છે. તેમની પાસે ઓછો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક છે, જે પેકેજમાં RC વિલંબ ઘટાડે છે. આ ફાયદાઓ હોવા છતાં, ઓર્ગેનિક મધ્યસ્થી સ્તરો સિલિકોન-આધારિત પેકેજિંગ જેવા જ સ્તરના ઇન્ટરકનેક્ટ સુવિધા ઘટાડા પ્રાપ્ત કરવા માટે સંઘર્ષ કરે છે, જે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ એપ્લિકેશનોમાં તેમના અપનાવવાને મર્યાદિત કરે છે.

ગ્લાસ ઇન્ટરમીડિયેટરી લેયર્સમાં ખાસ કરીને ઇન્ટેલ દ્વારા તાજેતરમાં ગ્લાસ-આધારિત ટેસ્ટ વ્હીકલ પેકેજિંગ લોન્ચ કર્યા પછી નોંધપાત્ર રસ જાગ્યો છે. ગ્લાસ ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે, જેમ કે એડજસ્ટેબલ થર્મલ એક્સપાન્શન (CTE), ઉચ્ચ પરિમાણીય સ્થિરતા, સરળ અને સપાટ સપાટીઓ અને પેનલ ઉત્પાદનને ટેકો આપવાની ક્ષમતા, જે તેને સિલિકોન જેવી વાયરિંગ ક્ષમતાઓ સાથે ઇન્ટરમીડિયેટરી લેયર માટે આશાસ્પદ ઉમેદવાર બનાવે છે. જો કે, તકનીકી પડકારો સિવાય, ગ્લાસ ઇન્ટરમીડિયેટરી લેયર્સની મુખ્ય ખામી અપરિપક્વ ઇકોસિસ્ટમ અને મોટા પાયે ઉત્પાદન ક્ષમતાનો વર્તમાન અભાવ છે. જેમ જેમ ઇકોસિસ્ટમ પરિપક્વ થાય છે અને ઉત્પાદન ક્ષમતાઓમાં સુધારો થાય છે, તેમ સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગમાં ગ્લાસ-આધારિત ટેકનોલોજી વધુ વૃદ્ધિ અને અપનાવવામાં આવી શકે છે.

3D પેકેજિંગ ટેકનોલોજીની દ્રષ્ટિએ, Cu-Cu બમ્પ-લેસ હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ એક અગ્રણી નવીન ટેકનોલોજી બની રહી છે. આ અદ્યતન તકનીક ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી (જેમ કે SiO2) ને એમ્બેડેડ ધાતુઓ (Cu) સાથે જોડીને કાયમી ઇન્ટરકનેક્શન પ્રાપ્ત કરે છે. Cu-Cu હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ 10 માઇક્રોનથી નીચેનું અંતર પ્રાપ્ત કરી શકે છે, સામાન્ય રીતે સિંગલ-ડિજિટ માઇક્રોન રેન્જમાં, જે પરંપરાગત માઇક્રો-બમ્પ ટેકનોલોજી કરતાં નોંધપાત્ર સુધારો દર્શાવે છે, જેમાં લગભગ 40-50 માઇક્રોનનું બમ્પ સ્પેસિંગ હોય છે. હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગના ફાયદાઓમાં વધારો I/O, ઉન્નત બેન્ડવિડ્થ, સુધારેલ 3D વર્ટિકલ સ્ટેકીંગ, સારી પાવર કાર્યક્ષમતા અને તળિયે ભરણની ગેરહાજરીને કારણે ઘટાડો થયેલ પરોપજીવી અસરો અને થર્મલ પ્રતિકારનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, આ ટેકનોલોજી ઉત્પાદન માટે જટિલ છે અને તેની કિંમત વધુ છે.

2.5D અને 3D પેકેજિંગ ટેકનોલોજીમાં વિવિધ પેકેજિંગ તકનીકોનો સમાવેશ થાય છે. 2.5D પેકેજિંગમાં, મધ્યસ્થી સ્તર સામગ્રીની પસંદગીના આધારે, તેને સિલિકોન-આધારિત, કાર્બનિક-આધારિત અને કાચ-આધારિત મધ્યસ્થી સ્તરોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે, જેમ કે ઉપરના આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 3D પેકેજિંગમાં, માઇક્રો-બમ્પ ટેકનોલોજીનો વિકાસ અંતર પરિમાણો ઘટાડવાનો હેતુ ધરાવે છે, પરંતુ આજે, હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ ટેકનોલોજી (ડાયરેક્ટ ક્યુ-ક્યુ કનેક્શન પદ્ધતિ) અપનાવીને, સિંગલ-ડિજિટ અંતર પરિમાણો પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જે ક્ષેત્રમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ દર્શાવે છે.

**ધ્યાન રાખવા માટેના મુખ્ય ટેકનોલોજીકલ વલણો:**

1. **મોટા મધ્યસ્થી સ્તર વિસ્તારો:** IDTechEx એ અગાઉ આગાહી કરી હતી કે 3x રેટિકલ કદ મર્યાદા કરતાં વધુ સિલિકોન મધ્યસ્થી સ્તરોની મુશ્કેલીને કારણે, 2.5D સિલિકોન બ્રિજ સોલ્યુશન્સ ટૂંક સમયમાં HPC ચિપ્સના પેકેજિંગ માટે પ્રાથમિક પસંદગી તરીકે સિલિકોન મધ્યસ્થી સ્તરોને બદલશે. TSMC NVIDIA અને Google અને Amazon જેવા અન્ય અગ્રણી HPC ડેવલપર્સ માટે 2.5D સિલિકોન મધ્યસ્થી સ્તરોનો મુખ્ય સપ્લાયર છે, અને કંપનીએ તાજેતરમાં 3.5x રેટિકલ કદ સાથે તેના પ્રથમ પેઢીના CoWoS_L ના મોટા પાયે ઉત્પાદનની જાહેરાત કરી છે. IDTechEx અપેક્ષા રાખે છે કે આ વલણ ચાલુ રહેશે, મુખ્ય ખેલાડીઓને આવરી લેતા તેના અહેવાલમાં વધુ પ્રગતિની ચર્ચા કરવામાં આવશે.

2. **પેનલ-લેવલ પેકેજિંગ:** 2024 તાઇવાન ઇન્ટરનેશનલ સેમિકન્ડક્ટર એક્ઝિબિશનમાં પ્રકાશિત કરાયેલા પેનલ-લેવલ પેકેજિંગ એક મહત્વપૂર્ણ ફોકસ બની ગયું છે. આ પેકેજિંગ પદ્ધતિ મોટા મધ્યસ્થી સ્તરોનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે અને એકસાથે વધુ પેકેજોનું ઉત્પાદન કરીને ખર્ચ ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. તેની સંભાવના હોવા છતાં, વોરપેજ મેનેજમેન્ટ જેવા પડકારોનો હજુ પણ સામનો કરવાની જરૂર છે. તેની વધતી જતી પ્રાધાન્યતા મોટા, વધુ ખર્ચ-અસરકારક મધ્યસ્થી સ્તરોની વધતી માંગને પ્રતિબિંબિત કરે છે.

૩. **કાચ મધ્યસ્થી સ્તરો:** કાચ સિલિકોન સાથે તુલનાત્મક ફાઇન વાયરિંગ પ્રાપ્ત કરવા માટે એક મજબૂત ઉમેદવાર સામગ્રી તરીકે ઉભરી રહ્યો છે, જેમાં એડજસ્ટેબલ CTE અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતા જેવા વધારાના ફાયદાઓ છે. કાચ મધ્યસ્થી સ્તરો પેનલ-સ્તરના પેકેજિંગ સાથે પણ સુસંગત છે, જે વધુ વ્યવસ્થિત ખર્ચે ઉચ્ચ-ઘનતા વાયરિંગની સંભાવના પ્રદાન કરે છે, જે તેને ભવિષ્યની પેકેજિંગ તકનીકો માટે એક આશાસ્પદ ઉકેલ બનાવે છે.

4. **HBM હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ:** 3D કોપર-કોપર (Cu-Cu) હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ એ ચિપ્સ વચ્ચે અલ્ટ્રા-ફાઇન પિચ વર્ટિકલ ઇન્ટરકનેક્શન્સ પ્રાપ્ત કરવા માટે એક મુખ્ય ટેકનોલોજી છે. આ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ વિવિધ હાઇ-એન્ડ સર્વર ઉત્પાદનોમાં કરવામાં આવ્યો છે, જેમાં સ્ટેક્ડ SRAM અને CPU માટે AMD EPYC, તેમજ I/O ડાઇ પર CPU/GPU બ્લોક્સ સ્ટેક કરવા માટે MI300 શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ ભવિષ્યના HBM વિકાસમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે તેવી અપેક્ષા છે, ખાસ કરીને 16-Hi અથવા 20-Hi સ્તરોથી વધુ DRAM સ્ટેક્સ માટે.

૫. **કો-પેકેજ્ડ ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસીસ (CPO):** ઉચ્ચ ડેટા થ્રુપુટ અને પાવર કાર્યક્ષમતાની વધતી માંગ સાથે, ઓપ્ટિકલ ઇન્ટરકનેક્ટ ટેકનોલોજીએ નોંધપાત્ર ધ્યાન ખેંચ્યું છે. કો-પેકેજ્ડ ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસીસ (CPO) I/O બેન્ડવિડ્થ વધારવા અને ઉર્જા વપરાશ ઘટાડવા માટે એક મુખ્ય ઉકેલ બની રહ્યા છે. પરંપરાગત વિદ્યુત ટ્રાન્સમિશનની તુલનામાં, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે, જેમાં લાંબા અંતર પર ઓછું સિગ્નલ એટેન્યુએશન, ઘટાડો ક્રોસટોક સંવેદનશીલતા અને નોંધપાત્ર રીતે વધેલી બેન્ડવિડ્થનો સમાવેશ થાય છે. આ ફાયદાઓ CPO ને ડેટા-સઘન, ઉર્જા-કાર્યક્ષમ HPC સિસ્ટમ્સ માટે એક આદર્શ પસંદગી બનાવે છે.

**ધ્યાન રાખવા માટેના મુખ્ય બજારો:**

2.5D અને 3D પેકેજિંગ ટેકનોલોજીના વિકાસને આગળ ધપાવતું પ્રાથમિક બજાર નિઃશંકપણે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ (HPC) ક્ષેત્ર છે. આ અદ્યતન પેકેજિંગ પદ્ધતિઓ મૂરના કાયદાની મર્યાદાઓને દૂર કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે, જે એક જ પેકેજમાં વધુ ટ્રાન્ઝિસ્ટર, મેમરી અને ઇન્ટરકનેક્શનને સક્ષમ કરે છે. ચિપ્સનું વિઘટન વિવિધ કાર્યાત્મક બ્લોક્સ વચ્ચે પ્રક્રિયા નોડ્સના શ્રેષ્ઠ ઉપયોગ માટે પણ પરવાનગી આપે છે, જેમ કે I/O બ્લોક્સને પ્રોસેસિંગ બ્લોક્સથી અલગ કરીને, કાર્યક્ષમતામાં વધુ વધારો કરે છે.

ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ (HPC) ઉપરાંત, અન્ય બજારો પણ અદ્યતન પેકેજિંગ તકનીકોને અપનાવીને વૃદ્ધિ હાંસલ કરે તેવી અપેક્ષા છે. 5G અને 6G ક્ષેત્રોમાં, પેકેજિંગ એન્ટેના અને અત્યાધુનિક ચિપ સોલ્યુશન્સ જેવા નવીનતાઓ વાયરલેસ એક્સેસ નેટવર્ક (RAN) આર્કિટેક્ચરના ભવિષ્યને આકાર આપશે. સ્વાયત્ત વાહનોને પણ ફાયદો થશે, કારણ કે આ તકનીકો સલામતી, વિશ્વસનીયતા, કોમ્પેક્ટનેસ, પાવર અને થર્મલ મેનેજમેન્ટ અને ખર્ચ-અસરકારકતાને સુનિશ્ચિત કરતી વખતે મોટી માત્રામાં ડેટા પ્રક્રિયા કરવા માટે સેન્સર સ્યુટ્સ અને કમ્પ્યુટિંગ એકમોના એકીકરણને સમર્થન આપે છે.

ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (સ્માર્ટફોન, સ્માર્ટવોચ, AR/VR ઉપકરણો, PC અને વર્કસ્ટેશન સહિત) કિંમત પર વધુ ભાર મૂકવા છતાં, નાની જગ્યાઓમાં વધુ ડેટા પ્રોસેસિંગ પર વધુ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી રહ્યા છે. આ વલણમાં અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ મુખ્ય ભૂમિકા ભજવશે, જોકે પેકેજિંગ પદ્ધતિઓ HPC માં વપરાતી પદ્ધતિઓથી અલગ હોઈ શકે છે.