【技术实现步骤摘要】
本公开大体上涉及一种用于增强冷却的半导体封装结构，且特定来说，涉及一种涉及提供增强冷却的处理器-存储器互连的新颖2.5d ic及/或3d ic封装结构。
技术介绍
1、对于例如高性能计算(hpc)、数据中心及ai(人工智能)等的高端应用来说，对计算能力、存储器带宽及存储器容量的需求是巨大的且在不断增加以便处置飞涨的数据业务流量。这导致我们当今见证3d hbm(高带宽存储器)dram堆叠的激增，其实际上是当今唯一的大容量、商业化3d ic。3d hbm dram堆叠通常在2.5d ic配置中与处理器(或小芯片)并排放置并共同封装在含有穿硅通孔(tsv)的2.5d硅中介层上。中介层的替代物是含有嵌入的或衬底安装的硅互连桥的叠层衬底。3d hbm dram堆叠，包括第一代hbm(hbm1)、第二代hbm(hbm2)及第三代hbm(hbm3)，通常含有垂直堆叠在控制逻辑ic上的4、8或12个dram ic。hbm堆叠中的所有裸晶都含有tsv，但顶部dram裸晶除外。
2、与其中处理器与存储器封装以较大距离安装在印刷电路板(pcb)上的传统系统相比，用于hpc、数据中心及ai应用的3d hbm dram堆叠通常在2.5d ic中放置得更靠近(在几毫米内)处理器并与其共同封装。在现代微电子系统中，数据在处理器与dram之间来回传输，dram是大多数芯片的主存储器。与前沿hbm(例如，对于hbm3来说小约15w)及传统计算系统中的过去的处理器相比，当今的高端处理器要求且需要耗散高得多的功率(例如，对于如對gpu，以nvidia h
3、此外，在数据流量持续爆炸性增长的推动下，处理器功率预期继续增加且预期在不久的将来超过1000w/芯片，特别是对于数据中心来说。相比之下，与安装在pcb上的2d存储器相比，3d hbm dram系统提供更低功率、更高带宽及更高密度优势。在3dhbm dram堆叠中(例如，在hbm3 dram堆叠中，可有12个dram裸晶堆叠于控制裸晶上)，每单位面积的功率可由于更多裸晶堆叠而增加(垂直堆叠中的相邻裸晶彼此加热)，且与在气体冷却的情况下更靠近散热器及散热片或在芯片导向液体冷却的情况下更靠近冷却板的其顶上的裸晶相比，底部及中间层级dram通常具有有限的散热路径。两个因素可导致3d装置过热(与2d存储器相比)，其中最热层级在底部，而较冷层级在顶部。dram中的高温可导致性能及效率降低，尤其在每当温度过高时使用动态热管理方案来限制dram带宽时。过热还可导致装置停顿，即，被阻止存取，以及可靠性问题。所有电子装置仅在特定温度范围内可靠地运转。为了缓解3d hbm dram的这种情况，我们可例如将频繁存取的数据映射在顶部层级上，使得存储器(特别是底部层级)不会经常过热以减少停顿，且通过自热通道迁移数据且接着将其关闭来减少泄漏功率，及/或实施用于热管理的停顿平衡策略，所述策略在3d存储器与处理器结合部署时可启动分散式冷却、闲置及减少成本。
4、hbm dram堆叠及2.5d ic两者最大限度地发挥其能力以充分利用处理器性能提升的益处，尤其是在数据传输量持续飙升的情况下。展望未来，处理器速度的提升速率将继续超过dram存储器速度的提升速率。微处理器的指数比dram的指数大得多，尽管每一者都在指数级地提高。如图1中所展示，处理器与存储器之间的互连带宽滞后于处理器的性能提升。这产生了“存储器墙”效应，其阻止处理器性能得到充分利用。存储器延时及带宽将继续限制系统性能，其中持续(流式)存储器带宽落后于峰值flop速率，如图1中所展示，其包含hbm1、hbm2及nvidia's的gpu中的一者，a100。这种不平衡产生严重的瓶颈，所述瓶颈在行业继续要求更高的计算性能的情况下每年都在继续变大。
5、用于机器学习、ai及分析程序的新一代处理器将需要巨大的功率且产生大量热量。在这些应用当中，仅数据中心就占全球电力消耗的1％到1.5％(数据中心处的服务器约占数据中心功率消耗的40％)，且随着云服务、边缘计算、iot(物联网)、ai及其它数字转型技术流行起来，此百分比预期增加。为了提供更高性能以处理指数级增加的数据流量，数据中心处的处理器芯片功率预期从2018年到2023年增长5倍，达到每芯片1000w，其中芯片封装在2.5d ic、3d ic及/或sip小芯片平台中，如图2中所展示。某些ai应用(例如cerebra的8”x8”晶圆级ai处理器芯片，这是有史以来制造的最大的soc)已消耗惊人的每芯片15kw。根据最近的研究及出版物，到2023年，数据中心及通信网络的能量消耗可达到全世界总电力需求的17％。除了不断上升的功率消耗之外，数据中心功率密度要求也继续逐年增加。平均机架功率密度目前约为7kw到16kw。随着对hpc、数据中心及ai应用的更广泛采用，功率密度可达到每机架100kw。数据中心不断上升的功率消耗及高功率处理器芯片的热管理需要得到解决，同时为因应行业正在努力应对更高处理器功率及相关联冷却问题，还需最小化计算-存储器带宽差距以便充分发挥处理器性能提升的潜力且最小化功率消耗。
6、为了缓解伴随涉及安装在印刷电路板(pcb)上的处理器及存储器封装的传统计算系统出现的“存储器墙”效应，已提出近存储器(near memory)计算及存储器内(in-memory)计算，如图3中所说明。在图3中，由2.5d ic例示的近存储器计算及通过3d ic的存储器内计算涉及将存储器从pcb移动到同一封装中的处理器附近(在2.5d ic的情况下)或更好的情况是恰好在同一封装中的处理器的顶部上(在3d ic的情况下)。最近的工作已表明，某些存储器可通过利用存储器单元的物理性质来将其自身变形为计算单元，从而能够在存储器阵列中进行原位计算。存储器内计算及近存储器计算两者可运用实现将数据密集型应用高效映射到此类装置的技术来规避与数据移动有关的开销。使用2.5d及3d ic架构，可通过由hbm堆叠提供的与存储器的低延时、高带宽连接来大大缓解处理引擎与主存储装置、dram存储器系统之间的“存储器墙”效应。涉及在3d ic中的处理器的顶部上堆叠hbm dram堆叠的3d ic架构特别有吸引力，因为与2.5d ic相比，其促进hbm堆叠与处理器之间的更高带宽、更短数据传送时间及更低功率消耗，同时保持其它条件相同。随着行业对近存储器/存储器内计算的推动，3d hbm dram及处理器封装在2.5d的架构正在朝向3d ic迁移，所述3d ic即，在衬底上以垂直(封装厚度)方向共同封装的3d存储器-处理器。一个恰当的例子是amd在2022年宣布的用于其epyc milan-x处理器的3d v-高速缓存架构，其涉及在cpu(中央处理单元)处理器上铜混合键合64mb sram。这种朝向3d ic的趋势最终将实现逻辑到逻辑、存储器到存储器以及存储器到逻辑的3d堆叠，以便实现最终的功能集成密度。
7、随着处理器功率的不断上升，这种3d ic趋势将不可避免地使涉及3d堆叠中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体封装，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述衬底进一步包括：
3.根据权利要求2所述的半导体封装，其中所述接合结构进一步包括：
4.根据权利要求3所述的半导体封装，其中所述衬底进一步包括：
5.根据权利要求1所述的半导体封装，其进一步包括：
6.根据权利要求5所述的半导体封装，其进一步包括：
7.根据权利要求6所述的半导体封装，其中所述第一支撑件包括由具有大于硅的热导率的材料组成的中介层，且其中所述中介层具有大于所述第一裸晶的横截面宽度或与所述横截面宽度基本上相同的横截面宽度。
8.根据权利要求6所述的半导体封装，其中组合后的所述第一支撑件及所述第一裸晶形成具有穿透所述第一裸晶及所述第一支撑件的至少一个通孔的复合层。
9.根据权利要求6所述的半导体封装，其中所述第一支撑件由金刚石、石墨烯、氮化硼、砷化硼、立方砷化硼、氮化铝、碳化硅或其组合组成，且所述衬底由硅、金刚石、石墨烯、氮化硼、砷化硼、立方砷化硼、氮化铝、碳化硅或其组合组成。
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11.根据权利要求10所述的半导体封装，其进一步包括：
12.根据权利要求11所述的半导体封装，其进一步包括：
13.根据权利要求12所述的半导体封装，其进一步包括：
14.根据权利要求6所述的半导体封装，其进一步包括：
15.根据权利要求14所述的半导体封装，其进一步包括：
16.根据权利要求5所述的半导体封装，其进一步包括：
17.一种半导体封装，其特征在于，包括：
18.根据权利要求17所述的半导体封装，其中所述衬底进一步包括：
19.根据权利要求18所述的半导体封装，其进一步包括：
20.根据权利要求19所述的半导体封装，其进一步包括：
...【技术特征摘要】
1.一种半导体封装，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体封装，其中所述衬底进一步包括：
3.根据权利要求2所述的半导体封装，其中所述接合结构进一步包括：
4.根据权利要求3所述的半导体封装，其中所述衬底进一步包括：
5.根据权利要求1所述的半导体封装，其进一步包括：
6.根据权利要求5所述的半导体封装，其进一步包括：
7.根据权利要求6所述的半导体封装，其中所述第一支撑件包括由具有大于硅的热导率的材料组成的中介层，且其中所述中介层具有大于所述第一裸晶的横截面宽度或与所述横截面宽度基本上相同的横截面宽度。
8.根据权利要求6所述的半导体封装，其中组合后的所述第一支撑件及所述第一裸晶形成具有穿透所述第一裸晶及所述第一支撑件的至少一个通孔的复合层。
9.根据权利要求6所述的半导体封装，其中所述第一支撑件由金刚石、石墨烯、氮化硼、砷化硼、立方砷化硼、氮化铝、碳化硅或其组合组成，且所述衬底由硅、金...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐和明，卢超群，
申请(专利权)人：铨心半导体异质整合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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