Il team di ricerca della fonderia di Intel ha recentemente presentato uno studio innovativo incentrato sulla tecnologia avanzata di packaging. La proposta include un nuovo metodo di progettazione decouplato per l'assemblaggio dei dissipatori di calore, che mira a risolvere problemi storici legati alla produzione e alla dissipazione del calore nei chip di grandi dimensioni. Questo passo è considerato cruciale per la realizzazione di chip con potenza superiore e dimensioni più grandi, ottimizzando allo stesso tempo i costi di produzione.

Tradizionalmente, il packaging per chip ad alte prestazioni si basa su dissipatori di calore metallici monolitici (IHS) che richiedono lavorazioni di precisione per formare cavità complesse, necessarie per il packaging multi-chip o dispositivi di elaborazione eterogenei. Tuttavia, con superfici di chip che raggiungono o superano i 7000 millimetri quadrati, i processi tradizionali non riescono a soddisfare esigenze geometriche sempre più sofisticate. La lavorazione CNC, che potrebbe rispondere a queste esigenze, risulta costosa e allunga i tempi di produzione, limitando così il packaging avanzato in ambiti di produzione di massa. Il nuovo approccio di Intel punta a superare queste sfide.

Nel documento "A New Decoupled Assembly Method for Advanced Packaging of Integrated Heat Sinks", si spiega che dividendo un dissipatore di calore complesso in componenti più semplici dal punto di vista strutturale, per poi assemblarli durante la fase di packaging utilizzando processi standard, la difficoltà di produzione viene ridotta e il rendimento del packaging migliorato. L'innovazione consiste nell'uso di un IHS piatto come dissipatore di calore principale, arricchito da strutture di rinforzo che preservano la planarità e formano le cavità necessarie per le configurazioni multi-chip. Materiali di legame e interfacce di contatto migliorati ottimizzano i percorsi termici, riducendo del 30% la deformazione del pacchetto e del 25% i vuoti del materiale di interfaccia termica.

I dati di Intel indicano che questa struttura decouplata non solo migliora mediamente del 7% la coplanarità delle superfici impacchettate, ma è anche facilmente integrabile nelle linee di produzione esistenti, senza la necessità di nuove attrezzature costose. Grazie alla possibilità di produzione in serie tramite processi di stampaggio tradizionali, questo metodo offre notevoli vantaggi in termini di costi e compatibilità di processo.

Con l'evoluzione di CPU e GPU verso una densità di potenza più alta e superfici di packaging più ampie, l'efficienza nella dissipazione del calore rappresenta un colli di bottiglia critico nel design e nelle prestazioni. I design tradizionali con coperture metalliche offrono spesso un'efficienza limitata nella dissipazione del calore, a causa della manipolazione di pile multi-chip e interconnessioni intricate che portano a percorsi termici prolungati e interfacce di contatto irregolari. Il design termico modulare e innovativo di Intel ridefinisce questa struttura, ottimizzando i percorsi termici elevati e il supporto meccanico. Ad esempio, in scenari di packaging multi-cavità, un IHS piatto può coprire direttamente l'area del core del chip, mentre i rinforzi offrono supporto localizzato per prevenire deformazioni causate da una distribuzione irregolare dello stress. Ciò mantiene le capacità di dissipazione del calore, migliorando al contempo la stabilità del package.

Intel sostiene che questa innovazione sarà un vantaggio particolare per le sue piattaforme di packaging avanzate "ultra-large", come quelle che utilizzano pacchetti ad alta larghezza di banda multi-chipset e interconnessioni multi-strato. Rispetto ai tradizionali metodi di elaborazione olistica, questo approccio decouplato non solo migliora le performance termiche ma semplifica anche il processo, offrendo una soluzione più economica per i futuri chip destinati a server, acceleratori di intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni.

Il team di ricerca suggerisce che il concetto di dissipatori di calore decouplati si possa estendere oltre le coperture metalliche, applicandosi potenzialmente a materiali compositi e strutture integrate raffreddate a liquido. Attualmente sono in corso studi su metodi per implementare questa strategia con dissipatori di calore in metalli compositi ad alta conducibilità termica, oltre a interazioni dirette con sistemi di raffreddamento liquidi attraverso interfacce modulari per ottimizzare ulteriormente la gestione termica.

Nel lungo termine, questa ricerca indica che il focus di Intel nel packaging avanzato sta passando dalla miniaturizzazione estrema ad innovazioni sistemiche. Disaccoppiando il design termico dalle strutture meccaniche, Intel punta a un sistema di packaging più adattabile, supportando i futuri nodi di processo come 18A e 14A. Questo accumulo di tecnologie fondamentali potrebbe rivelarsi cruciale per Intel nel riaffermare la competitività nel settore delle fonderie, in particolare nella corsa al packaging eterogeneo su larga scala.