Das Gießteam von Intel hat kürzlich eine bahnbrechende Studie mit Schwerpunkt auf fortschrittlicher Verpackungstechnologie vorgestellt. Sie haben eine innovative Methode zur Entkopplung von Wärmesenken bei der Montage vorgeschlagen, die darauf abzielt, langjährige Probleme im Zusammenhang mit der Herstellung und Wärmeableitung in ultra-großen Chips zu lösen. Dieser Fortschritt wird als entscheidender Schritt in Richtung leistungsfähigerer und größerer Chips in der Verpackung betrachtet, während gleichzeitig die Herstellungskosten besser verwaltbar werden.

Traditionell basieren Hochleistungs-Chipverpackungen auf monolithischen Metallwärmesenken (IHS), die eine präzise Bearbeitung erfordern, um komplizierte Hohlräume für Multi-Chip-Verpackungen oder heterogene Rechneranordnungen zu schaffen. Bei Chipflächen, die nahe oder über 7000 Quadratzentimeter liegen, können traditionelle Stanzverfahren jedoch die komplexen geometrischen Anforderungen nicht erfüllen. Die CNC-Bearbeitung, die diese Anforderungen erfüllen könnte, ist sowohl kostspielig als auch verlängert die Produktionszyklen, wodurch die fortschrittliche Verpackung nur schwer in Massenproduktion gehen kann. Der neue Ansatz von Intel zielt darauf ab, diese Herausforderungen zu bewältigen.

Die Forschung, die in dem Papier „A New Decoupled Assembly Method for Advanced Packaging of Integrated Heat Sinks" beschrieben wird, erklärt, dass durch die Aufteilung eines komplexen einteiligen Wärmesenkers in mehrere strukturell einfachere Komponenten und deren Montage während der Verpackungsphase mit Standardverfahren die Herstellung vereinfacht und die Verpackungsleistung verbessert wird. Die Kerninnovation besteht darin, einen flachen IHS als Hauptwärmeträger zu verwenden, ergänzt durch Verstärkungsstrukturen, die die Flachheit bewahren und die notwendigen Hohlräume für Multi-Chip-Konfigurationen bilden. Verbesserte Klebstoffe und Kontaktschnittstellen optimieren die Wärmeabfuhr, was zu einer Reduzierung der Verpackungsverzerrung um etwa 30 % und einer Verringerung der Hohlräume im thermischen Schnittstellenmaterial um 25 % führt.

Die Testergebnisse von Intel zeigen, dass diese entkoppelte Struktur nicht nur die Koplanaritätsmetriken verbessert – die Flachheit der Verpackungsoberfläche erhöht sich im Durchschnitt um 7 % – sondern auch direkt auf bestehenden Verpackungslinien umgesetzt werden kann, ohne dass neue, kostspielige Ausrüstung erforderlich ist. Da Komponenten mit gewöhnlichen Stanzverfahren in Massenproduktion hergestellt werden können, bietet diese Methode erhebliche Kostenersparnisse und erweist sich als prozesseffizient.

Da sich leistungsstarke CPUs und GPUs weiter in Richtung höherer Leistungsdichte und größerer Paketfläche entwickeln, bleibt eine effiziente Wärmeableitung ein kritischer Punkt bei Design und Leistung. Herkömmliche Metalldeckeldesigns bieten häufig eine begrenzte Effizienz der Wärmeableitung bei der Handhabung von Multi-Chip-Stapeln und komplexen Verbindungen, was zu verlängerten Wärmeableitwegen und ungleichmäßigen Kontaktflächen führt. Das innovative modulare thermische Design von Intel definiert die thermische Architektur neu und optimiert gleichzeitig die thermischen Wege und die mechanische Unterstützung. Beispielsweise kann ein flacher IHS in Szenarien mit mehreren Hohlräumen den zentralen Chipbereich direkt abdecken, während Verstärkungen gezielte Unterstützung bieten, um Verformungen der Verpackung durch ungleichmäßige Spannungsverteilung zu verhindern. Dadurch wird die Wärmeableitungsfähigkeit erhalten und gleichzeitig die Verpackungsstabilität verbessert.

Intel behauptet, dass diese Innovation insbesondere für seine „ultragroßen" fortschrittlichen Verpackungsplattformen von Vorteil sein wird, wie solche, die mehrere Chipsätze und mehrschichtige, hochbandbreite Rechenpakete verwenden. Im Vergleich zu herkömmlichen ganzheitlichen Verarbeitungsmethoden verbessert dieser entkoppelte Ansatz nicht nur die thermische Leistung, sondern reduziert auch die Komplexität der Prozesse und bietet eine kosteneffizientere Lösung für zukünftige Chips in Servern, KI-Beschleunigern und Hochleistungsrechnern.

Das Forscherteam legt ferner nahe, dass das Konzept der entkoppelten Wärmesenken über Metalldeckel hinausgeht; es könnte potenziell auf Verbundwerkstoffe und flüssiggekühlte integrierte Strukturen angewendet werden. Sie untersuchen derzeit Methoden zur Umsetzung dieser Strategie mit Metall-Verbund-Wärmesenken mit hoher thermischer Leitfähigkeit sowie eine direkte Schnittstelle zu Flüssigkeitskühlsystemen durch modulare Schnittstellen zur weiteren Optimierung des Wärmemanagements.

Langfristig zeigt diese Studie, dass sich der Fokus von Intel auf fortschrittliche Verpackungen von der extremen Miniaturisierung hin zu Innovationen auf Systemebene verschoben hat. Durch die Entkopplung des thermischen Designs von mechanischen Strukturen ist Intel bestrebt, ein anpassungsfähigeres Verpackungssystem zu etablieren, das zukünftige Prozessknoten wie 18A und 14A unterstützt. Diese Ansammlung grundlegender Fertigungstechnologien könnte sich als entscheidend erweisen, um Intels Wettbewerbsfähigkeit im Gießerei-Sektor wiederherzustellen, insbesondere im Wettlauf um groß angelegte heterogene Verpackungen.