Chiplets如此重要的確切原因分析及Chiplets封裝清洗

合明科技發(fā)布時(shí)間：2023-11-15 ?? 2336 Tags：分隔式處理器先進(jìn)芯片封裝清洗 Chiplets技術(shù)

什么是Chiplets？

Chiplets是分隔式的處理器。不是將每個(gè)部分合并到一個(gè)芯片中（被稱(chēng)為單片機(jī)的方法），而是將特定的部分作為獨(dú)立的芯片來(lái)制造。然后，這些獨(dú)立的芯片通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的連接系統(tǒng)被安裝在一起，成為一個(gè)單一的封裝。

這種安排使能夠讓使用最新的制造方法的部件尺寸縮小，提高了工藝的效率，使其能夠裝入更多的部件。

芯片中不能明顯縮小或不需要縮小的部分可以用更舊的、更經(jīng)濟(jì)的方法生產(chǎn)。

雖然制造這種處理器的過(guò)程很復(fù)雜，但總體成本通常較低。此外，它為處理器公司提供了一個(gè)更易于管理的途徑來(lái)擴(kuò)大其產(chǎn)品范圍。

為了充分理解為什么處理器制造商轉(zhuǎn)向芯片，我們必須首先深入了解這些設(shè)備是如何制造的。CPU和GPU開(kāi)始時(shí)是由超純硅制成的大圓盤(pán)，通常直徑略小于12英寸（300毫米），厚度為0.04英寸（1毫米）。

這塊硅片經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的步驟，形成了不同材料的多層--絕緣體、電介質(zhì)和金屬。這些層的圖案是通過(guò)一種叫做光刻的工藝創(chuàng)建的，在這種工藝中，紫外線(xiàn)通過(guò)放大的圖案（掩膜）照射，隨后通過(guò)透鏡縮小到所需的尺寸。該圖案以設(shè)定的間隔在晶圓表面重復(fù)出現(xiàn)，每一個(gè)都將最終成為一個(gè)處理器。由于芯片是長(zhǎng)方形的，而晶圓是圓形的，圖案必須與圓盤(pán)的周邊重疊。這些重疊的部分最終會(huì)被丟棄，因?yàn)樗鼈兪菬o(wú)功能的。

一旦完成，將使用應(yīng)用于每個(gè)芯片的探針對(duì)晶圓進(jìn)行測(cè)試。電檢結(jié)果告知工程師關(guān)于處理器的質(zhì)量與一長(zhǎng)串標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。這個(gè)初始階段被稱(chēng)為芯片分選，有助于確定處理器的 "等級(jí)"。例如，如果該芯片打算成為一個(gè)CPU，那么每個(gè)部分都應(yīng)該正確運(yùn)作，在特定的電壓下在設(shè)定的時(shí)鐘速度范圍內(nèi)運(yùn)行。然后根據(jù)這些測(cè)試結(jié)果對(duì)每個(gè)晶圓部分進(jìn)行分類(lèi)。

完成后，晶圓被切割成單獨(dú)的碎片，或稱(chēng) "模具"，可供使用。然后，這些模具被安裝在一個(gè)基板上，類(lèi)似于一個(gè)專(zhuān)門(mén)的主板。處理器經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的包裝（例如，用散熱器），然后就可以進(jìn)行銷(xiāo)售了。整個(gè)過(guò)程可能需要數(shù)周的制造時(shí)間，臺(tái)積電和三星等公司對(duì)每個(gè)晶圓收取高額費(fèi)用，根據(jù)所使用的工藝節(jié)點(diǎn)，費(fèi)用在3000至20000美元之間。

"工藝節(jié)點(diǎn) "（Process node）是用來(lái)描述整個(gè)制造系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)。歷史上，它們是以晶體管的柵極長(zhǎng)度命名的。然而，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，允許越來(lái)越小的組件，命名不再遵循芯片的物理方面，現(xiàn)在它只是一個(gè)營(yíng)銷(xiāo)工具。然而，每一個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)都會(huì)帶來(lái)比前者更多的好處。它的生產(chǎn)成本可能更低，在相同的時(shí)鐘速度下消耗更少的功率（或者相反），或者具有更高的密度。后者衡量的是在一個(gè)給定的芯片區(qū)域內(nèi)可以容納多少元件。在下圖中，你可以看到這些年來(lái)GPU（你在PC中發(fā)現(xiàn)的最大和最復(fù)雜的芯片）的發(fā)展情況。

工藝節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)為工程師提供了提高其產(chǎn)品能力和性能的手段，而不必使用大而昂貴的芯片。然而，上圖只說(shuō)明了部分情況，因?yàn)椴皇翘幚砥鞯拿總€(gè)方面都能從這些進(jìn)步中受益。芯片內(nèi)的電路可以被分配到以下幾大類(lèi)中的一類(lèi)：（1）邏輯，處理數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)和決策；（2）存儲(chǔ)器，通常是SRAM，用于存儲(chǔ)邏輯的數(shù)據(jù)；（3）模擬，管理芯片和其他設(shè)備之間信號(hào)的電路。

當(dāng)邏輯電路隨著工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)的每一次重大進(jìn)步而繼續(xù)縮小時(shí)，模擬電路幾乎沒(méi)有變化，SRAM也開(kāi)始達(dá)到極限。

雖然邏輯仍然構(gòu)成了芯片的最大部分，但今天的CPU和GPU中的SRAM數(shù)量在近年來(lái)有了顯著增長(zhǎng)。例如，AMD在其Radeon VII顯卡中使用的Vega 20芯片的L1和L2緩存合計(jì)為5MB。僅僅兩代GPU之后，Navi 21就有超過(guò)130MB的各種緩存--比Vega 20多了25倍，令人矚目。

可以預(yù)期，隨著新一代處理器的開(kāi)發(fā)，這些水平將繼續(xù)提高，但由于存儲(chǔ)器的規(guī)模沒(méi)有像邏輯那樣縮小，在同一工藝節(jié)點(diǎn)上制造所有電路的成本效益將越來(lái)越低。

在一個(gè)理想的世界里，人們?cè)谠O(shè)計(jì)芯片時(shí)，模擬部分在最大和最便宜的節(jié)點(diǎn)上制造，SRAM部分在更小的節(jié)點(diǎn)上制造，而邏輯部分則保留給絕對(duì)尖端的技術(shù)。不幸的是，這在實(shí)踐中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。然而，存在一種替代方法。

用Chiplets實(shí)現(xiàn)摩爾定律

盡管在半導(dǎo)體制造方面取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步，但每個(gè)部件可以縮小的程度是有明確限制的。為了繼續(xù)提高芯片的性能，工程師們基本上有兩個(gè)途徑：增加更多的邏輯，用必要的內(nèi)存來(lái)支持它，以及提高內(nèi)部時(shí)鐘速度。關(guān)于后者，一般的CPU在這方面已經(jīng)多年沒(méi)有明顯的變化了。AMD的FX-9590處理器，從2013年開(kāi)始，在某些工作負(fù)載中可以達(dá)到5GHz，而其當(dāng)前型號(hào)的最高時(shí)鐘速度是5.7GHz（Ryzen 9 7950X）。

英特爾最近推出了酷睿i9-13900KS，在合適的條件下能夠達(dá)到6GHz，但其大多數(shù)型號(hào)的時(shí)鐘速度與AMD的相近。

然而，改變的是電路和SRAM的數(shù)量。前面提到的FX-9590有8個(gè)核心（和8個(gè)線(xiàn)程）和8MB的L3緩存，而7950X3D擁有16個(gè)核心、32個(gè)線(xiàn)程和128MB的L3緩存。英特爾的CPU在核心和SRAM方面也有類(lèi)似的擴(kuò)展。

Nvidia的第一個(gè)統(tǒng)一著色器GPU，即2006年的G80，由6.81億個(gè)晶體管、128個(gè)內(nèi)核和96 kB的二級(jí)緩存組成，其芯片面積為484 mm2?？爝M(jìn)到2022年，當(dāng)AD102推出時(shí)，它現(xiàn)在由763億個(gè)晶體管、18432個(gè)內(nèi)核和98304 kB的二級(jí)緩存組成，芯片面積為608 mm2。

1965年，飛兆半導(dǎo)體公司的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）觀察到，在芯片制造的早期，在固定的最低生產(chǎn)成本下，芯片內(nèi)的元件密度每年都在翻番。這一觀察被稱(chēng)為摩爾定律，后來(lái)根據(jù)制造趨勢(shì)，被解釋為 "芯片中的晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环?quot;。

近六十年來(lái)，摩爾定律一直是對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展進(jìn)程的合理準(zhǔn)確描述。CPU和GPU在邏輯和內(nèi)存方面的巨大進(jìn)步是通過(guò)工藝節(jié)點(diǎn)的不斷改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的，這些年來(lái)，組件變得越來(lái)越小。然而，這種趨勢(shì)不可能永遠(yuǎn)持續(xù)下去，無(wú)論出現(xiàn)什么新技術(shù)。

像AMD和英特爾這樣的公司并沒(méi)有等待這個(gè)極限的到來(lái)，而是轉(zhuǎn)向了Chiplets，探索它們的各種組合方式，以繼續(xù)在創(chuàng)造更強(qiáng)大的處理器方面取得進(jìn)展。

幾十年后的今天，普通的個(gè)人電腦可能是由手掌大小的CPU和GPU組成的，但是剝開(kāi)散熱片，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多微小的芯片--不是三四個(gè)，而是幾十個(gè)，都巧妙地拼接和堆疊在一起。

Chiplets的主導(dǎo)地位才剛剛開(kāi)始。

芯粒-先進(jìn)芯片封裝清洗：

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿(mǎn)足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類(lèi)。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿(mǎn)足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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