열 관리의 중요성 증대
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 패키징은 고성능 컴퓨팅, AI 가속기, 고대역폭 메모리 모듈에 대한 지배적인 접근 방식이 되었습니다. 주요 초점은 종종 상호 연결 밀도, 칩렛 통합 또는 로직 노드 스케일링에 맞춰집니다. 그러나 궁극적으로 성능을 제한하는 가장 중요한 요인 중 하나는 열 관리입니다.
전력 밀도가 계속 증가함에 따라 방열판, 팬 또는 액체 냉각과 같은 기존 냉각 솔루션으로는 더 이상 충분하지 않습니다. 패키지 내에서 사용되는 재료, 즉 인터포저, 기판 및 열 확산기는 점점 더 중요한 역할을 합니다. 새로운 재료 중 탄소 기반 솔루션과 광대역 갭 반도체가 주목을 받고 있으며, 과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다. (탄화규소 기판)은 높은 열 전도성, 기계적 견고성 및 열적 안정성으로 인해 고유한 잠재력을 보여주고 있습니다.CoWoS 열 경로: 과제 이해
CoWoS 패키지는 열이 통과해야 하는 여러 층으로 구성됩니다. 활성 다이에서 생성된 열은 먼저 인터포저를 통해 측면으로 확산된 다음 기판을 통해 수직으로 이동하여 최종적으로 외부 냉각 시스템에 도달합니다. 각 층은 열 저항을 유발하며, 적절하게 관리하지 않으면 핫스팟으로 이어질 수 있습니다.
기존 실리콘 기반 CoWoS에서 인터포저는 열을 적당히 잘 전도하지만 두께와 재료 제한으로 인해 효과가 제한됩니다. 칩렛 아키텍처가 더 밀집해짐에 따라 핫스팟이 증가하고 열 구배로 인해 기계적 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 조건에서
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.실리콘 인터포저: 강점과 한계
실리콘 인터포저는 성숙한 제조 공정, 미세 피치 상호 연결 호환성 및 전기적 성능으로 인해 CoWoS에서 널리 사용됩니다. 저전력에서 중간 전력 응용 분야의 경우 실리콘 인터포저는 정확한 신호 라우팅과 기계적 지지 기능을 제공하여 잘 작동합니다.
그러나 CoWoS가 고전력 응용 분야로 확장됨에 따라 다음과 같은 한계가 나타납니다.
국소 핫스팟은 성능과 신뢰성을 저하시킵니다.
실리콘 인터포저와 고전력 다이 간의 열팽창 불일치는 응력과 휨을 유발할 수 있습니다.
두께 제약은 인터포저의 열 효과적인 방산 능력을 제한합니다.
이러한 과제는
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.열 재료 팔레트 확장
고밀도 CoWoS 패키징의 열적 요구 사항을 충족하려면 실리콘을 넘어설 필요가 있습니다. 재료 엔지니어는 이제 몇 가지 접근 방식에 집중합니다.
고급 열 확산기
: 구리 또는 구리-몰리브덴 복합재는 국부 열 저항을 줄일 수 있지만 기계적 불일치를 유발하는 경우가 많습니다.고성능 열 인터페이스 재료(TIM)
: 접촉 저항을 줄이지만 근본적인 재료 한계를 극복할 수는 없습니다.세라믹 및 광대역 갭 재료
: SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.이러한 재료를 전략적으로 통합함으로써 각 층이 외부 냉각에만 의존하지 않고 열 관리에 명확하게 정의된 역할을 하는 CoWoS 패키지를 만들 수 있습니다.
탄화규소 기판: CoWoS의 기능적 역할
SiC 기판은 CoWoS 패키지에서 열 관리를 위해 기존 실리콘보다 몇 가지 장점을 제공합니다.
높은 열 전도성
: 측면 및 수직 열 확산을 용이하게 하여 핫스팟을 최소화합니다.낮은 열팽창 계수(CTE)
: 열 사이클링 중 기계적 응력을 줄입니다.기계적 견고성
: 얇고 넓은 면적의 웨이퍼에서 치수 안정성을 유지합니다.화학적 안정성
: 공격적인 고온 공정 및 장기간 작동과 호환됩니다.실제 응용 분야에서 SiC 기판은 다음과 같은 여러 역할을 수행할 수 있습니다.
실리콘 층을 대체하거나 보완하는 고성능 인터포저로 사용.
고전력 다이 아래에 내장된 열 확산 층으로 사용.
열 응력 하에서 패키지를 안정화하고 휨을 방지하는 구조 층으로 사용.
이러한 역할은 인터포저와 기판이 단순히 전기적 상호 연결 층이 아닌 통합된
열 및 기계적 플랫폼으로 기능할 수 있도록 합니다.열 재료의 시스템 수준 영향
열 관리 재료는 열 발산 이상으로 전체 시스템 아키텍처를 결정합니다.
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.지속적인 고전력 작동 하에서 더 높은 지속 성능.
열 구배 감소, 신뢰성 향상 및 고장률 감소.
더 컴팩트한 멀티칩 모듈 및 이종 통합, AI 가속기 및 고성능 컴퓨팅에서 혁신적인 설계를 가능하게 합니다.
다시 말해, 열 재료는 이제 제약 조건이 아닌 인에이블러 역할을 합니다. 재료 층에서 내린 결정은 패키지 레이아웃, 칩렛 배치 및 궁극적으로 전체 시스템의 성능에 영향을 미칩니다.
CoWoS에서 SiC 기판의 제조 고려 사항
SiC 기판은 상당한 이점을 제공하지만 CoWoS 패키지에 통합하려면 신중한 고려가 필요합니다.
웨이퍼 얇게 만들기
: SiC는 실리콘보다 단단하여 정밀 얇게 만들기가 어렵습니다.비아 형성
: Through-SiC 비아에는 고급 에칭 또는 레이저 보조 방법이 필요합니다.금속화
: SiC에 강력하고 안정적인 금속 접착을 달성하려면 고온 작동에 맞게 조정된 장벽 및 접착 층이 필요합니다.결함 제어
: 12인치 CoWoS용 대면적 SiC 웨이퍼는 수율을 보장하기 위해 균일성과 낮은 결함 밀도를 유지해야 합니다.이러한 과제는 사소하지 않지만 극복할 수 있습니다. 공정 제어, 검사 및 재료 취급의 솔루션을 통해 고성능 CoWoS 응용 분야에서 SiC 기판을 사용할 수 있습니다.
재료 중심 CoWoS 아키텍처를 향하여
CoWoS의 진화는 고급 패키징이 점점 더
재료 중심이 될 것임을 시사합니다. 전기적 연결성은 여전히 중요하지만 열 및 기계적 특성이 이제 동등하게 중요한 역할을 합니다. SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.이러한 변화는 또한 반도체 패키징의 더 광범위한 추세를 강조합니다. 재료 과학, 기계 공학 및 시스템 수준 설계가 수렴하고 있습니다. 미래의 CoWoS 패키지는 상호 연결 피치 또는 다이 크기만큼 열 재료 선택에 의해 정의될 것입니다.
결론
CoWoS 열 관리 재료는 더 이상 주변적이지 않습니다. 현대 고성능 시스템의 작동 범위를 정의합니다. 기존 실리콘 층은 열적 한계에 도달하고 있으며,
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.재료 수준의 혁신과 통합을 우선시함으로써 CoWoS 설계자는 까다로운 환경에서 더 높은 성능, 더 밀집된 아키텍처 및 강력한 작동을 실현할 수 있습니다. 전력 밀도가 계속 증가함에 따라 SiC 기판은 차세대 CoWoS 기술의 핵심 인에이블러가 되어 재료 과학과 시스템 수준 성능 간의 격차를 해소할 것입니다.
열 관리의 중요성 증대
CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 패키징은 고성능 컴퓨팅, AI 가속기, 고대역폭 메모리 모듈에 대한 지배적인 접근 방식이 되었습니다. 주요 초점은 종종 상호 연결 밀도, 칩렛 통합 또는 로직 노드 스케일링에 맞춰집니다. 그러나 궁극적으로 성능을 제한하는 가장 중요한 요인 중 하나는 열 관리입니다.
전력 밀도가 계속 증가함에 따라 방열판, 팬 또는 액체 냉각과 같은 기존 냉각 솔루션으로는 더 이상 충분하지 않습니다. 패키지 내에서 사용되는 재료, 즉 인터포저, 기판 및 열 확산기는 점점 더 중요한 역할을 합니다. 새로운 재료 중 탄소 기반 솔루션과 광대역 갭 반도체가 주목을 받고 있으며, 과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다. (탄화규소 기판)은 높은 열 전도성, 기계적 견고성 및 열적 안정성으로 인해 고유한 잠재력을 보여주고 있습니다.CoWoS 열 경로: 과제 이해
CoWoS 패키지는 열이 통과해야 하는 여러 층으로 구성됩니다. 활성 다이에서 생성된 열은 먼저 인터포저를 통해 측면으로 확산된 다음 기판을 통해 수직으로 이동하여 최종적으로 외부 냉각 시스템에 도달합니다. 각 층은 열 저항을 유발하며, 적절하게 관리하지 않으면 핫스팟으로 이어질 수 있습니다.
기존 실리콘 기반 CoWoS에서 인터포저는 열을 적당히 잘 전도하지만 두께와 재료 제한으로 인해 효과가 제한됩니다. 칩렛 아키텍처가 더 밀집해짐에 따라 핫스팟이 증가하고 열 구배로 인해 기계적 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 조건에서
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.실리콘 인터포저: 강점과 한계
실리콘 인터포저는 성숙한 제조 공정, 미세 피치 상호 연결 호환성 및 전기적 성능으로 인해 CoWoS에서 널리 사용됩니다. 저전력에서 중간 전력 응용 분야의 경우 실리콘 인터포저는 정확한 신호 라우팅과 기계적 지지 기능을 제공하여 잘 작동합니다.
그러나 CoWoS가 고전력 응용 분야로 확장됨에 따라 다음과 같은 한계가 나타납니다.
국소 핫스팟은 성능과 신뢰성을 저하시킵니다.
실리콘 인터포저와 고전력 다이 간의 열팽창 불일치는 응력과 휨을 유발할 수 있습니다.
두께 제약은 인터포저의 열 효과적인 방산 능력을 제한합니다.
이러한 과제는
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.열 재료 팔레트 확장
고밀도 CoWoS 패키징의 열적 요구 사항을 충족하려면 실리콘을 넘어설 필요가 있습니다. 재료 엔지니어는 이제 몇 가지 접근 방식에 집중합니다.
고급 열 확산기
: 구리 또는 구리-몰리브덴 복합재는 국부 열 저항을 줄일 수 있지만 기계적 불일치를 유발하는 경우가 많습니다.고성능 열 인터페이스 재료(TIM)
: 접촉 저항을 줄이지만 근본적인 재료 한계를 극복할 수는 없습니다.세라믹 및 광대역 갭 재료
: SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.이러한 재료를 전략적으로 통합함으로써 각 층이 외부 냉각에만 의존하지 않고 열 관리에 명확하게 정의된 역할을 하는 CoWoS 패키지를 만들 수 있습니다.
탄화규소 기판: CoWoS의 기능적 역할
SiC 기판은 CoWoS 패키지에서 열 관리를 위해 기존 실리콘보다 몇 가지 장점을 제공합니다.
높은 열 전도성
: 측면 및 수직 열 확산을 용이하게 하여 핫스팟을 최소화합니다.낮은 열팽창 계수(CTE)
: 열 사이클링 중 기계적 응력을 줄입니다.기계적 견고성
: 얇고 넓은 면적의 웨이퍼에서 치수 안정성을 유지합니다.화학적 안정성
: 공격적인 고온 공정 및 장기간 작동과 호환됩니다.실제 응용 분야에서 SiC 기판은 다음과 같은 여러 역할을 수행할 수 있습니다.
실리콘 층을 대체하거나 보완하는 고성능 인터포저로 사용.
고전력 다이 아래에 내장된 열 확산 층으로 사용.
열 응력 하에서 패키지를 안정화하고 휨을 방지하는 구조 층으로 사용.
이러한 역할은 인터포저와 기판이 단순히 전기적 상호 연결 층이 아닌 통합된
열 및 기계적 플랫폼으로 기능할 수 있도록 합니다.열 재료의 시스템 수준 영향
열 관리 재료는 열 발산 이상으로 전체 시스템 아키텍처를 결정합니다.
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.지속적인 고전력 작동 하에서 더 높은 지속 성능.
열 구배 감소, 신뢰성 향상 및 고장률 감소.
더 컴팩트한 멀티칩 모듈 및 이종 통합, AI 가속기 및 고성능 컴퓨팅에서 혁신적인 설계를 가능하게 합니다.
다시 말해, 열 재료는 이제 제약 조건이 아닌 인에이블러 역할을 합니다. 재료 층에서 내린 결정은 패키지 레이아웃, 칩렛 배치 및 궁극적으로 전체 시스템의 성능에 영향을 미칩니다.
CoWoS에서 SiC 기판의 제조 고려 사항
SiC 기판은 상당한 이점을 제공하지만 CoWoS 패키지에 통합하려면 신중한 고려가 필요합니다.
웨이퍼 얇게 만들기
: SiC는 실리콘보다 단단하여 정밀 얇게 만들기가 어렵습니다.비아 형성
: Through-SiC 비아에는 고급 에칭 또는 레이저 보조 방법이 필요합니다.금속화
: SiC에 강력하고 안정적인 금속 접착을 달성하려면 고온 작동에 맞게 조정된 장벽 및 접착 층이 필요합니다.결함 제어
: 12인치 CoWoS용 대면적 SiC 웨이퍼는 수율을 보장하기 위해 균일성과 낮은 결함 밀도를 유지해야 합니다.이러한 과제는 사소하지 않지만 극복할 수 있습니다. 공정 제어, 검사 및 재료 취급의 솔루션을 통해 고성능 CoWoS 응용 분야에서 SiC 기판을 사용할 수 있습니다.
재료 중심 CoWoS 아키텍처를 향하여
CoWoS의 진화는 고급 패키징이 점점 더
재료 중심이 될 것임을 시사합니다. 전기적 연결성은 여전히 중요하지만 열 및 기계적 특성이 이제 동등하게 중요한 역할을 합니다. SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.이러한 변화는 또한 반도체 패키징의 더 광범위한 추세를 강조합니다. 재료 과학, 기계 공학 및 시스템 수준 설계가 수렴하고 있습니다. 미래의 CoWoS 패키지는 상호 연결 피치 또는 다이 크기만큼 열 재료 선택에 의해 정의될 것입니다.
결론
CoWoS 열 관리 재료는 더 이상 주변적이지 않습니다. 현대 고성능 시스템의 작동 범위를 정의합니다. 기존 실리콘 층은 열적 한계에 도달하고 있으며,
SiC 기판과 같은 혁신적인 재료는 열 확산, 기계적 안정성 및 장기적 신뢰성을 위한 새로운 경로를 제공합니다.재료 수준의 혁신과 통합을 우선시함으로써 CoWoS 설계자는 까다로운 환경에서 더 높은 성능, 더 밀집된 아키텍처 및 강력한 작동을 실현할 수 있습니다. 전력 밀도가 계속 증가함에 따라 SiC 기판은 차세대 CoWoS 기술의 핵심 인에이블러가 되어 재료 과학과 시스템 수준 성능 간의 격차를 해소할 것입니다.
