인텔의 Foundry 팀은 최근 첨단 패키징 기술에 초점을 맞춘 획기적인 연구를 발표했습니다. 그들은 초대형 칩의 제조 및 열 방출과 관련된 오랜 문제를 해결하기 위해 히트싱크 어셈블리를 위한 혁신적인 분리 설계 방법을 제안했습니다. 이러한 발전은 제조 비용을 관리하는 데 도움이 되는 동시에 더 높은 전력과 더 넓은 면적 패키지 칩을 가능하게 하는 중요한 단계로 간주됩니다.

전통적으로, 고성능 칩 패키지는 다중 칩 패키지나 이기종 컴퓨팅 배열에 맞추기 위해 정밀 가공을 필요로 하는 단일 금속 히트싱크(IHS)에 의존합니다. 그러나 칩의 면적이 7000 평방 밀리미터에 달하거나 초과할 경우, 전통적인 스탬핑 공정으로는 복잡한 기하학적 요구사항을 충족시키기 어렵습니다. 이러한 요구사항을 충족할 수 있는 CNC 가공은 비용이 많이 들고 생산 주기를 길게 하여 대량 생산 상황에서 고급 포장을 제한합니다. 인텔의 새로운 접근 방식은 이러한 과제를 해결하기 위해 설계되었습니다.

논문 "A New Decoupled Assembly Method for Advanced Packaging of Integrated HeatSink"에 상세히 설명된 이 연구는, 복잡한 단일 히트싱크를 여러 구조적으로 단순한 구성 요소로 분할하고 표준 공정을 통해 포장 단계에서 조립함으로써 제조 난이도를 낮추고 포장 수율이 향상된다는 것을 설명합니다. 여기서 핵심적인 혁신은 평평한 IHS를 주요 히트싱크로 사용하는 것이며, 이를 보강 구조로 보완하여 평탄함을 유지하면서도 멀티 칩 구성에 필요한 중공을 형성하는 것입니다. 향상된 접합 재료 및 접촉 인터페이스를 통해 열 경로를 개선하여 패키지 왜곡을 약 30% 줄이고, 열 인터페이스 재료의 빈 공간을 25% 줄일 수 있습니다. (마치 물리적 수준의 설계 원칙과 비슷한 접근법입니다.)

인텔의 테스트 데이터에 따르면, 이 분리 구조는 공평면성 측정 단위(즉, 포장 표면의 평탄도)를 평균 7% 향상시키지만, 새로운 비용이 많이 드는 장비가 필요하지 않고 기존의 포장 라인에서 직접 구현할 수 있습니다. 일반 스탬핑 공정을 통해 대량 생산이 가능하여 이 방법은 상당한 비용 및 공정 호환성 이점을 제공합니다.

고성능 CPU와 GPU가 더 높은 전력 밀도와 더 큰 패키지 면적으로 계속 진화함에 따라, 효율적인 열 방출은 설계와 성능에서 중요한 병목 현상으로 남아 있습니다. 전통적인 금속 덮개 설계는 종종 멀티 칩 스택 및 복잡한 상호 연결을 처리할 때 열 방출 효율이 제한되어 열 방출 경로가 길어지고 접촉 인터페이스가 균일하지 않습니다. 인텔의 혁신적인 모듈식 열 설계는 열 구조를 재정의하여 높은 열 경로와 기계적 지원을 동시에 최적화합니다. 예를 들어, 다중 중공 패키징 시나리오에서는 평평한 IHS가 코어 칩 영역을 직접 덮을 수 있으며, 보강 철근은 균일하지 않은 응력 분포로 인한 패키지 변형을 방지하기 위해 지역화된 지원을 제공합니다. 이는 열 방출 능력을 유지하면서 동시에 패키지 안정성을 향상시킵니다.

인텔은 이 혁신이 다중 칩셋 및 다중 계층 상호 연결 고대역폭 컴퓨팅 패키지를 사용하는 것과 같은 "초대형" 고급 패키지 플랫폼에 특히 도움이 될 것이라고 주장합니다. 기존의 전체 처리 방법과 비교할 때, 이 분리된 접근법은 열 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 프로세스 복잡성을 줄여서, 서버, AI 가속기 및 고성능 컴퓨팅을 위한 미래 칩에 대한 보다 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

연구팀은 또한 분리된 히트싱크의 개념이 금속 덮개를 넘어 확장된다는 것을 제안하며, 이는 잠재적으로 복합 재료 및 액체 냉각 통합 구조물에 적용될 수 있습니다. 그들은 현재 고열 전도도 금속 복합 히트싱크와 함께 이 전략을 구현하는 방법을 조사하고 있으며, 모듈식 인터페이스를 통해 액체 냉각 시스템과 직접 인터페이스를 통해 열 관리를 더욱 최적화합니다.

장기적으로 볼 때, 이 연구는 인텔이 첨단 패키지에 초점을 맞추는 것이 극도의 소형화에서 시스템 수준의 혁신으로 전환되고 있음을 나타냅니다. 인텔은 열 설계를 기계적 구조에서 분리함으로써 18A 및 14A와 같은 미래의 프로세스 노드를 지원하는 보다 적응력 있는 패키징 프로세스 시스템을 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 기본 제조 기술의 축적은 인텔이 주조 부문, 특히 대규모 이기종 패키징 경쟁에서 경쟁력을 회복하는 데 매우 중요한 역할을 할 수 있습니다.