インテル、大型の先進的パッケージングチップ向けに革新的で手頃な価格のヒートスプレッダーソリューションを検討

インテルの研究者は、ヒートスプレッダーの組み立てを効率化する手法を開発し、大規模な先進パッケージングチップの設計とコスト効率の向上を実現しました。

インテルの革新的なヒートスプレッダー技術が、先進的なチップパッケージングの新たな扉を開く

Intel Foundryによる洞察に満ちた出版物「先進パッケージ向け統合ヒートスプレッダーの組み立てにおける斬新な分散型アプローチ」では、ヒートスプレッダーの分散型モデルに関する研究が詳しく紹介されています。この新技術は、高性能チップの製造効率を向上させ、冷却効果を最大化します。

「PoINTパッケージ用マルチキャビティIHS」と「簡素化されたヒートスプレッダ設計」の比較 — 画像出典: Intel

この最先端のヒートスプレッダーソリューションは、特に多層およびチップレットを採用したチップにおいて、インテルの「アドバンスト・パッケージング」アプローチをサポートするように設計されています。特に、この新しい組立プロセスは、パッケージの反りを最大30%低減し、放熱材料の空隙を25%削減します。この進歩は、従来の方法では実現不可能であった「特大」サイズのアドバンスト・パッケージング・チップの製造を可能にする重要なポイントとなります。

Intel Foundry のエンジニアは、複雑なヒートスプレッダーをよりシンプルでコスト効率の高い部品に分解する、新しい分散戦略を開発しました。
革新的な組み立てプロセスにより、パッケージの反りが最大 30% 削減され、熱伝導材料の空隙が 25% 減少し、高出力チップの冷却が大幅に改善されます。
重要なのは、この技術により、コストと複雑さの制約によりこれまで困難であった超大型チップパッケージの作成が容易になることです。

この研究は、複雑な一体型ヒートスプレッダーを、標準的な製造方法で容易に組み立てられるシンプルな部品に分解することに焦点を当てています。最適化された接着剤と、強化された補強材を組み合わせたフラットプレート設計を採用することで、この手法は熱伝導性界面材料（TIM）の性能を向上させます。

「従来のIHS」と新しい統合ヒートスプレッダー設計の比較 — 画像出典: Intel

これまで、CPUやGPUなどの高性能プロセッサは、チップダイからヒートシンクへの熱分散を管理するために金属製のヒートスプレッダーに依存してきました。しかし、チップ設計が複雑化し、サイズが大きくなるにつれて（時には7, 000mm²を超えることもあります）、ヒートスプレッダーに対する要求も進化し、段状のキャビティと多様な接触点を備えた複雑な設計が必要になりました。

この複雑さはコスト増加を招きます。従来のスタンピング方式では、高度なパッケージレイアウトに必要な複雑な形状を作成できないためです。CNC加工などの代替手段は精度は高いものの、追加コストとサプライチェーンの遅延を招く可能性があります。Intelの最近の研究は、これらの課題に正面から取り組んでいます。

分散型アプローチによる組立の革新

従来の半導体パッケージでは、複雑なチップ構成に合わせて精密な成形が必要となる、ソリッドなモノリシックヒートスプレッダーが一般的に使用されています。一方、分散型パッケージでは、複数の個別コンポーネントを組み立て時に接合する必要があります。

この技術は、部品を順次接合する既存の組立ラインを活用します。平板は主要なヒートスプレッダーとして機能し、補強材は必要な構造的強度を提供し、様々なチップアーキテクチャに合わせたキャビティ形状を形成します。各部品は従来のスタンピングプロセスで製造できるため、高価な専用設備の必要性が大幅に低減されます。

さまざまなシナリオにおける「正規化された共面性」を比較したグラフ — 画像出典: Intel

この革新的なアプローチにより、パッケージのコプラナリティ（チップ搭載前の組み立てユニットの平坦性を評価するための重要な指標）が7%向上します。この先駆的な研究により、インテルは先進技術を用いた大型チップパッケージの開発において主導的な地位を確立しました。また、ファウンドリーのエンジニアたちは、このモデルを高伝導性金属複合材ヒートスプレッダーや液冷システムとの統合など、特殊な冷却ソリューションに応用する方法も検討しています。

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