El equipo de fundición de Intel ha presentado recientemente un estudio innovador enfocado en la tecnología avanzada de empaques. Han propuesto un novedoso método de diseño desacoplado para el ensamblaje de disipadores de calor, dirigido a resolver problemas persistentes relacionados con la fabricación y la disipación de calor en chips ultra grandes. Este avance se considera un paso crucial para permitir chips de mayor potencia y mayor área empaquetada, al tiempo que ayuda a gestionar los costos de fabricación.

Tradicionalmente, el embalaje de chips de alto rendimiento se basa en disipadores de calor metálicos monolíticos (IHS) que requieren mecanizado de precisión para formar cavidades intrincadas que se adapten a paquetes de chips múltiples o arreglos de computación heterogéneos. Sin embargo, con áreas de chip cercanas o superiores a 7000 milímetros cuadrados, los procesos de estampado tradicionales no cumplen con las necesidades geométricas complejas. El mecanizado CNC que podría satisfacer estas demandas es costoso y alarga los ciclos de producción, limitando así el empaquetado avanzado en contextos de producción en masa. El nuevo enfoque de Intel busca enfrentar estos desafíos.

La investigación, detallada en el documento "A New Decoupled Assembly Method for Advanced Packaging of Integrated Heat Sinks", explica que al dividir un complejo disipador de una sola pieza en varios componentes estructuralmente más simples y ensamblarlos durante la fase de empaquetado utilizando procesos estándar, se reduce la dificultad de fabricación y se mejora el rendimiento del empaquetado. La innovación central aquí consiste en usar un IHS plano como disipador de calor principal, complementado por estructuras de refuerzo que preservan la planitud y forman las cavidades necesarias para configuraciones multichip. Los materiales de unión mejorados y las interfaces de contacto optimizan los caminos térmicos, lo que lleva a una reducción de aproximadamente un 30% en la deformación del paquete y una disminución del 25% en los vacíos del material de la interfaz térmica.

Los datos de prueba de Intel indican que esta estructura desacoplada no solo incrementa las métricas de coplanaridad (es decir, la planitud de la superficie del paquete) en un promedio del 7%, sino que también puede implementarse directamente en líneas de empaquetado existentes sin necesidad de nuevos equipos costosos. Como los componentes pueden ser producidos en masa utilizando procesos de estampado comunes, este método ofrece significativos beneficios de costo y compatibilidad con el proceso.

A medida que las CPU y GPU de alto rendimiento continúan evolucionando hacia mayores densidades de potencia y áreas de paquete más grandes, la disipación eficiente de calor sigue siendo un cuello de botella crítico en el diseño y el rendimiento. Los diseños tradicionales de cubiertas metálicas a menudo proporcionan una eficiencia de disipación de calor limitada al manejar pilas de chips múltiples e interconexiones intrincadas, lo que resulta en caminos de disipación de calor extendidos e interfaces de contacto desiguales. El innovador diseño térmico modular de Intel redefine la estructura térmica, optimizando los caminos térmicos y el soporte mecánico al mismo tiempo. Por ejemplo, en los escenarios de empaquetado de múltiples cavidades, un IHS plano puede cubrir directamente el área del chip central, mientras que los refuerzos ofrecen soporte localizado para evitar la deformación del paquete causada por la distribución desigual de la tensión. Esto mantiene las capacidades de disipación de calor mientras mejora simultáneamente la estabilidad del paquete.

Intel asegura que esta innovación será particularmente beneficiosa para sus plataformas de empaquetado avanzado "ultragrandes", como las que utilizan paquetes de computación de alto ancho de banda de interconexión multiconjunto y multicapa. En comparación con los métodos de procesamiento holísticos tradicionales, este enfoque desacoplado no solo mejora el rendimiento térmico, sino que también reduce la complejidad del proceso, ofreciendo una solución más rentable para futuros chips destinados a servidores, aceleradores de IA y computación de alto rendimiento.

El equipo de investigación sugiere además que el concepto de disipadores de calor desacoplados se extiende más allá de las cubiertas metálicas; potencialmente se puede aplicar a materiales compuestos y estructuras integradas refrigeradas por líquido. Actualmente están investigando métodos para implementar esta estrategia con disipadores de calor compuestos metálicos de alta conductividad térmica, así como la interfaz directa con sistemas de refrigeración líquida a través de interfaces modulares para optimizar aún más la gestión térmica.

A largo plazo, esta investigación indica que el enfoque de Intel en empaques avanzados está pasando de la miniaturización extrema a la innovación a nivel de sistema. Al desacoplar el diseño térmico de las estructuras mecánicas, Intel se esfuerza por establecer un sistema de proceso de empaquetado más adaptable, proporcionando soporte para futuros nodos de proceso como 18A y 14A. Esta acumulación de tecnología de fabricación fundamental podría resultar crucial para Intel para recuperar la competitividad dentro del sector de la fundición, especialmente en la carrera por los empaques heterogéneos a gran escala.