چپ پیکیجنگ کے تھرمل مسئلے کو کیسے حل کریں۔
اعلی درجے کی پیکیجنگ چپس نہ صرف اعلی کارکردگی والے کمپیوٹنگ، مصنوعی ذہانت، طاقت کی کثافت میں اضافے، وغیرہ کی ضروریات کو پورا کرتی ہیں بلکہ اعلی درجے کی پیکیجنگ کے گرمی کی کھپت کے مسائل کو بھی پیچیدہ بناتی ہیں۔ کیونکہ چپ پر گرم جگہ ملحقہ چپس کی گرمی کی تقسیم کو متاثر کر سکتی ہے۔ چپس کے درمیان رابطے کی رفتار بھی SoC کی نسبت ماڈیولز میں سست ہے۔
انجینئرز پیچیدہ ماڈیولز سے گرمی کو ختم کرنے کے مؤثر طریقے تلاش کر رہے ہیں۔ ایک ہی پیکج میں ایک ساتھ ایک سے زیادہ چپس رکھنے سے تھرمل مسائل کو ختم کیا جا سکتا ہے، لیکن جیسا کہ کمپنی کارکردگی کو بہتر بنانے اور پاور کو کم کرنے کے لیے چپ اسٹیکنگ اور ڈینسر پیکیجنگ میں مزید دلچسپی لے رہی ہے، وہ گرمی سے متعلق نئے مسائل کا ایک سلسلہ لڑ رہی ہے۔
CPU اور HBM کے ساتھ موجودہ مقبول فلپ BGA پیکیجنگ ایریا تقریباً 2500 مربع ملی میٹر ہے۔ ہم دیکھتے ہیں کہ ایک بڑی چپ چار یا پانچ چھوٹی چپس بن سکتی ہے۔ لہذا ان چپس کو ایک دوسرے کے ساتھ بات چیت کرنے کے لیے مزید I/O کا ہونا ضروری ہے۔ لہذا آپ گرمی کو تقسیم کر سکتے ہیں. درحقیقت، کچھ آلات اتنے پیچیدہ ہوتے ہیں کہ ان آلات کو مخصوص فیلڈ ایپلی کیشنز کے لیے اپنی مرضی کے مطابق بنانے کے لیے اجزاء کو آسانی سے تبدیل کرنا مشکل ہوتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ بہت ساری جدید پیکیجنگ مصنوعات بہت بڑی مقدار یا قیمت کی لچک والے اجزاء کے لیے استعمال کی جاتی ہیں، جیسے کہ سرور چپس۔
ڈیزائن کے عمل کے دوران، سرکٹ ڈیزائنرز کے پاس ماڈیول میں رکھے گئے مختلف چپس کی پاور لیولز کا تصور ہو سکتا ہے، لیکن ہو سکتا ہے کہ وہ یہ نہ جان سکیں کہ آیا یہ پاور لیول قابل اعتبار حد کے اندر ہیں۔ لہذا، انجینئرز پیکیجنگ ماڈیولز کی تیاری سے پہلے پیکیجنگ کی وشوسنییتا کا تھرمل تجزیہ کرنے کے لیے نئے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔ تھرمل سمولیشن کے ذریعے، ہم سمجھ سکتے ہیں کہ درجہ حرارت اور مزاحمتی اقدار کو ٹریک کرنے کے لیے درجہ حرارت کے فرق اور پاور فنکشن جیسے معیاری طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے، ہم سلیکون چپس، سرکٹ بورڈز، چپکنے والے، TIMs، یا پیکیجنگ کور کے ذریعے حرارت کیسے چلائی جاتی ہے۔
مواد کے انتخاب اور ملاپ کو تلاش کرنے کے لیے تھرمل سمولیشن سب سے زیادہ اقتصادی طریقہ ہے۔ چپس کو ان کی کام کرنے کی حالت میں نقل کرتے ہوئے، ہم عام طور پر ایک یا زیادہ ہاٹ سپاٹ دریافت کرتے ہیں، لہذا ہم گرمی کی کھپت کو آسان بنانے کے لیے ہاٹ سپاٹ کے نیچے سبسٹریٹ میں تانبے کو شامل کر سکتے ہیں۔ یا پیکیجنگ مواد کو تبدیل کریں اور ہیٹ سنک شامل کریں۔
پیکیجنگ میں، 90% سے زیادہ گرمی چپ کے اوپر سے لے کر ہیٹ سنک تک پیکیجنگ کے ذریعے پھیل جاتی ہے، عام طور پر انوڈائزڈ ایلومینیم آکسائیڈ پر مبنی عمودی پنکھ۔ اعلی تھرمل چالکتا کے ساتھ ایک تھرمل انٹرفیس میٹریل (TIM) گرمی کی منتقلی میں مدد کے لیے چپ اور پیکج کے درمیان رکھا جاتا ہے۔ CPUs کے لیے اگلی نسل کی TIM میں دھاتی شیٹ کے مرکبات (جیسے انڈیم اور ٹن)، نیز چاندی کا سینٹرڈ ٹن، بالترتیب 60W/mK اور 50W/mK کی چالکتا کے ساتھ شامل ہیں۔
اعلی درجے کی پیکیجنگ کا ابتدائی تصور یہ ہے کہ یہ LEGO بلڈنگ بلاکس کی طرح کام کرے گا - مختلف پروسیس نوڈس پر تیار کردہ چپس کو ایک ساتھ جمع کیا جا سکتا ہے، اور تھرمل مسائل کو دور کیا جائے گا۔ لیکن یہ ایک قیمت پر آتا ہے. کارکردگی اور طاقت کے نقطہ نظر سے، سگنل کو پھیلانے کے لیے ضروری فاصلہ بہت اہم ہے، اور سرکٹ ہمیشہ کھلا رہتا ہے یا اسے جزوی طور پر کھلا رہنے کی ضرورت ہوتی ہے، جو تھرمل کارکردگی کو متاثر کر سکتی ہے۔ پیداوار اور لچک بڑھانے کے لیے چپس کو متعدد حصوں میں تقسیم کرنا اتنا آسان نہیں جتنا لگتا ہے۔ پیکیجنگ میں ہر ایک آپس میں منسلک ہونا ضروری ہے، اور ہاٹ سپاٹ اب ایک چپ تک محدود نہیں ہیں۔
ابتدائی ماڈلنگ ٹولز کو چپس کے مختلف مجموعوں کو خارج کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو پیچیدہ ماڈیولز کے ڈیزائنرز کے لیے ایک زبردست قوت فراہم کرتے ہیں۔ بجلی کی کثافت میں مسلسل اضافہ کے اس دور میں، تھرمل سمولیشن اور نئے TIMs کا تعارف اب بھی ضروری ہوگا۔
