Intel esplora soluzioni innovative e convenienti per la diffusione del calore nei chip di packaging avanzati di grandi dimensioni

I ricercatori Intel hanno ideato un metodo per semplificare l’assemblaggio dei dissipatori di calore, ottenendo così progetti migliori e una maggiore efficienza dei costi per i chip di packaging avanzati su larga scala.

L’innovativa tecnologia Heatspreader di Intel apre nuove porte al packaging avanzato dei chip

Un’interessante pubblicazione di Intel Foundry, intitolata ” Un nuovo approccio disaggregato per l’assemblaggio di dissipatori di calore integrati per package avanzati “, evidenzia la ricerca condotta su un modello disaggregato per i dissipatori di calore. Questa nuova tecnica migliora l’efficienza produttiva e massimizza l’efficacia del raffreddamento per chip ad alte prestazioni.

Confronto tra 'Multi Cavity IHS for PoINT Package' e 'Simplified Heat Spreader Design' — Fonte dell’immagine: Intel

Questa soluzione all’avanguardia per la diffusione del calore è progettata per supportare gli approcci di “packaging avanzato” di Intel, in particolare per i chip che utilizzano più strati e chiplet. In particolare, il nuovo processo di assemblaggio può ridurre la deformazione dei package fino al 30% e ridurre i vuoti del materiale di interfaccia termica del 25%.Questo progresso segna un punto di svolta che consente la produzione di chip di packaging avanzato “Extra-Large”, che sarebbero impraticabili con i metodi convenzionali.

Gli ingegneri di Intel Foundry hanno sviluppato una nuova strategia disaggregata, scomponendo complessi dissipatori di calore in parti più semplici ed economiche.
L’innovativo processo di assemblaggio promette una riduzione fino al 30% della deformazione del package e una diminuzione del 25% dei vuoti del materiale di interfaccia termica, migliorando significativamente il raffreddamento dei chip ad alta potenza.
È importante sottolineare che questa tecnica facilita la creazione di package di chip extra-large, un’impresa che in passato era ardua a causa dei vincoli di costo e complessità.

La ricerca si concentra sulla scomposizione di complessi dissipatori di calore monoblocco in componenti più semplici, facilmente assemblabili tramite procedure di produzione standard. Utilizzando adesivi ottimizzati e un design a piastra piana abbinato a rinforzi migliorati, questo metodo migliora le prestazioni dei materiali di interfaccia termica (TIM).

Confronto tra il design 'IHS tradizionale' e il nuovo design del diffusore di calore integrato — Fonte dell’immagine: Intel

Storicamente, i processori ad alte prestazioni come CPU e GPU si sono affidati a un dissipatore di calore metallico per gestire la distribuzione del calore dal die del chip al dissipatore. Tuttavia, con l’aumentare della complessità e delle dimensioni dei chip, a volte superando i 7.000 mm², le esigenze in termini di dissipatori di calore si sono evolute, rendendo necessari design complessi con cavità a gradini e punti di contatto variabili.

Questa complessità si traduce in un aumento dei costi, poiché i metodi di stampaggio tradizionali non riescono a creare le forme complesse richieste per layout di packaging avanzati. Alternative come la lavorazione CNC, pur essendo precise, comportano costi aggiuntivi e potenziali ritardi nella catena di fornitura. La recente ricerca di Intel affronta queste sfide in modo diretto:

Rivoluzionare l’assemblaggio con un approccio disaggregato

Il packaging convenzionale dei semiconduttori utilizza tipicamente dissipatori di calore solidi e monolitici che richiedono una forma precisa per configurazioni di chip complesse. Il metodo disaggregato introduce più componenti distinti, uniti durante l’assemblaggio.

Questa tecnica sfrutta le linee di assemblaggio esistenti, dove i componenti vengono assemblati in sequenza. Le piastre piane fungono da diffusori di calore primari, mentre gli elementi di rinforzo garantiscono la necessaria integrità strutturale e creano cavità con forme specifiche per diverse architetture di chip. Ogni componente può essere realizzato con processi di stampaggio convenzionali, riducendo significativamente la necessità di costose attrezzature specializzate.

Grafico che confronta la "coplanarità normalizzata" in diversi scenari — Fonte dell’immagine: Intel

Questo approccio innovativo si traduce in un miglioramento del 7% nella complanarità del package, un parametro chiave per valutare la planarità delle unità assemblate prima dell’installazione del chip. Nel complesso, questa ricerca pionieristica posiziona Intel come leader nello sviluppo di package di chip di grandi dimensioni utilizzando tecnologie avanzate, mentre gli ingegneri della Foundry stanno anche studiando modi per adattare questo modello a soluzioni di raffreddamento specializzate, tra cui dissipatori di calore in composito metallico ad alta conduttività e integrazione con sistemi di raffreddamento a liquido.

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