除了古板的芯片结构之外，IBM 研究中心还在研究将人工智能和其他尖端模式的实力带入生涯的新要领。半导体领域的要害挑战之一是怎样将片上系统的种种功效剖析为可设置为最好地解决问题的装备。这些被称为小芯片的装备可以解锁强盛的新功效，例如将人工智能加速器与多个内存小芯片和单个输入输出装备堆叠在一起的人工智能装备，建设一个可用于推断最先进的人工智能模子的小芯片集。

Chiplet 是 IBM 半导体研究的一个重点领域，而怎样有用地封装它们是该事情的主要组成部分。现在，只管有多个整体支持的建议，但其他公司制造的小芯片怎样相互交互还没有标准化。IBM 正在研究这些装备的事情方法，包括设计高带宽互连、怎样将硅芯片堆叠在一起、装备怎样坚持冷却以及它们怎样在封装中坚持足够的功率。“我们才刚刚最先触及皮毛，”麦克赫伦说。

这只是封装研究革命的最先。“当 CMOS 微缩手艺处于壮盛时期，你不需要所有这些花哨的封装——所有的立异都爆发在硅片上，”McHerron 说。“现在钟摆正从 CMOS 微缩立异转向封装立异，即在给定空间内封装更多硅芯片，而不是仅仅通过晶体管微缩在硅芯片上封装更多晶体管。”

麦克赫伦说，通过硅和封装手艺混淆方法的增强，可以提高系统性能。“我们正处于封装性能的新时代。”

简而言之，芯片封装提供了盘算机芯片运行的机械情形。封装为芯片提供电源并容纳输入和输出，使其能够与盘算系统的其余部分举行通讯。芯片在运行时也容易变热，因此封装旨在坚持一定的温度规模，以免芯片过热。

经由整个行业数十年的重复试验，许多现代微电子模块都是围绕大致相同的质料（称为有机基板）构建的。大大都的焦点质料是一种名为 FR-4 的质料，它由编织玻璃纤维和环氧树脂组成，并且环氧树脂也具有阻燃性。FR-4 面板通常层压有一层薄薄的铜箔，这是一种高导电质料。现在正在研究用于芯片封装的其他质料，例如由玻璃制成的焦点，这可以实现更快的数据传输和更小的芯片结构。但这项事情可能还需要数年时间才华投入生产。

层压板的顶部是为封装中的铜布线而构建的层。电介质之间的群集层是由一家名为 Ajinomoto 的公司制造的，该公司主要以食物包装而著名。事实证实，包装鲜味佳肴的历程与制造有机层压板所需的层并没有太大差别——至少从化学角度来看是这样。但我们不建议食用这些层压板。

基础基板质料通常针对许多差别应用的芯片封装举行标准化。关于芯片必需在很是热的情形下运行的情形，更多的是怎样冷却装备，而不是其层压结构中使用的质料。这是在芯片背面处置惩罚的。

该芯片通过称为受控塌陷芯片毗连（C4）的焊球毗连到有机基板上，这现实上是 IBM 几十年前发明的。然后，使用液态环氧底部填充质料来隔离球。随着芯片尺寸一直缩。颐切枰业浇考毗连在一起的新要领，由于现在 C4 球中使用的焊料无法像芯片的其他部件一样有用地缩小尺寸。IBM 正在开立异要领，例如混淆键合，其中使用铜层和氧化物电介质将芯片直接键合在一起，无需中心焊接毗连。

当缩小芯片尺寸时，您需要确保所有组件都具有极高的可靠性，由于险些没有爆发故障的空间。种种结构上的应力会随着它们变小而爆发转变。随着人工智能盘算的新前进和新形式的芯片设计，芯片之间重新需要更多更小的互连，以支持强盛的人工智能训练和推理模子。

IBM奥尔巴尼 NanoTech Complex 封装研究设施的大部分重点现在都围绕着提高可靠性以及减小芯片之间高密度互连所需的铜线尺寸和电介质厚度。人们正在研究新的工艺手艺，以设计、构建和测试这些更小尺寸的组件。这包括压力测试装备，并确保它们能够爆发每种潜在操作情形所需的信号强度和电流。部件经由热循环，确保它们可以在差别的温度和湿度水平下事情，并在几周内模拟模块的整个使用寿命举行测试。

一旦设计出新的半导体并在封装中举行了测试，就需要大规模生产；剐枰谡饫锞傩醒芯亢筒馐裕匀繁Ｊ笛槭抑杏杏玫纳杓瓶梢郧崴傻仄局た突枰墓婺＞傩猩。这是 IBM 位于加拿大魁北克省南部布罗蒙工厂的事情的一部分。

Bromont 为普遍的客户生产模块封装和测试，其中包括 IBM —Bromont 将芯片封装在 IBM Z 和 P 系统中。它也恰恰是北美最大的外包半导体组装和测试(OSAT) 设施，也是美国政府信任的设施。“Bromont 在很洪流平上是 IBM 芯片研发领域的焦点人物，”认真 Bromont 研发和营业开发的 Etienne Lemieux 说道。

有人可以通过多种方法与布罗蒙的研究职员和生产职员一起事情。在某些情形下，客户可能会想出他们希望怎样封装芯片的想法，并会要求 Bromont 团队构建原型并找出大规模制造它们的流程。有时，客户手上已经有了完整的设计，但会追求 IBM 的生产履向来提高其可制造性。很少有客户会完全空缺并指望 IBM 重新最先设计某些工具，但这种情形是有可能爆发的。然而，在大大都情形下，事情通常集中在试图使芯片封装生产更具本钱效益。

关于大大都相助，整个历程——从联系 IBM 到大规模交付芯片——可能需要六个月到两年的时间。在此时代，工程师和手艺职员将致力于构建对他们正在使用的设计最有意义的制造流程，向客户提供原型并获得反响以迭代地抵达最终输出。Lemieux 体现，可能需要三到四次迭代才华让各方对流程的可靠性和本钱效益感应知足。

一旦生产停当流程和设计最终确定，IBM 通；峤欠⑺透突В缓罂突Ы览悼梢越亲爸迷诳ㄉ系闹圃焐蹋 PCIe 卡或主板，详细取决于它们的使用方法。

在开发芯片封装工艺时，Bromont 团队在MiQro Innovation 协作中心(C2MI) 完成大部分事情，这是舍布鲁克大学 (University of Sherbrooke) 旗下的先进半导体研发机构，位于 Bromont 基地周围。C2MI 站点在其 Bromont 工厂内拥有与 IBM 大致相同的工具，使团队能够测试想法，然后将其有用地引入生产线。

与在奥尔巴尼举行的质料和架构测试很是相似，Bromont 团队也对其工艺举行压力测试，以确保他们能够生产具有高可靠性的封装芯片。在 C2MI，IBM 员工可以测试种种热质料、零件组件和底部填充质料在生产周期中的可靠性Ｉ杏姓攵哉庑┕ひ盏难沽Σ馐裕缤ü仁以诵兴堑南敕ǎ⑼ü 0°C 到 120°C 的热量转变运行芯片和工艺凌驾 200 次，以确保它们足够强盛，适合现实使用。

与奥尔巴尼类似，布罗蒙的团队已经看到封装现在在芯片设计和性能中施展着更大的作用，并致力于建设芯片及其封装比近年来越发交织的工艺。“封装已成为整个模块性能的主要组成部分，”Lemieux 说。