De auto-chipyndustry ûndergiet feroarings
Koartlyn hat it semiconductor-yngenieursteam lytse chips, hybride bonding en nije materialen besprutsen mei Michael Kelly, fise-presidint fan Amkor's lytse chip en FCBGA-yntegraasje. Ek oan 'e diskusje diene ASE-ûndersiker William Chen, Promex Industries CEO Dick Otte, en Sander Roosendaal, R&D-direkteur fan Synopsys Photonics Solutions mei. Hjirûnder steane úttreksels út dizze diskusje.
Jierrenlang naam de ûntwikkeling fan autochips gjin liedende posysje yn 'e yndustry yn. Mei de opkomst fan elektryske auto's en de ûntwikkeling fan avansearre infotainmentsystemen is dizze situaasje lykwols dramatysk feroare. Hokker problemen hawwe jo opmurken?
Kelly: High-end ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) fereasket prosessors mei in 5-nanometer proses of lytser om konkurrearjend te wêzen yn 'e merk. As jo ienris it 5-nanometer proses yngeane, moatte jo rekken hâlde mei waferkosten, wat liedt ta soarchfâldige beskôging fan lytse chipoplossingen, om't it lestich is om grutte chips te produsearjen by it 5-nanometer proses. Derneist is de opbringst leech, wat resulteart yn ekstreem hege kosten. By it omgean mei 5-nanometer of mear avansearre prosessen, beskôgje klanten typysk it selektearjen fan in diel fan 'e 5-nanometer chip ynstee fan de heule chip te brûken, wylst se de ynvestearring yn 'e ferpakkingsfaze ferheegje. Se kinne tinke: "Soe it in kosteneffektiver opsje wêze om de fereaske prestaasjes op dizze manier te berikken, ynstee fan te besykjen alle funksjes yn in gruttere chip te foltôgjen?" Dus, ja, high-end autobedriuwen jouwe perfoarst omtinken oan lytse chiptechnology. Liedende bedriuwen yn 'e sektor folgje dit nau. Yn ferliking mei it kompjûterfjild rint de auto-yndustry wierskynlik 2 oant 4 jier efter yn 'e tapassing fan lytse chiptechnology, mar de trend foar de tapassing dêrfan yn 'e autosektor is dúdlik. De auto-yndustry hat ekstreem hege easken foar betrouberens, dus de betrouberens fan lytse-chiptechnology moat bewiisd wurde. Grutte tapassing fan lytse-chiptechnology yn 'e autosektor is lykwols wis ûnderweis.
Chen: Ik haw gjin wichtige obstakels opmurken. Ik tink dat it mear giet oer it yngeand learen en begripen fan 'e relevante sertifikaasjeeasken. Dit giet werom nei it metrologynivo. Hoe meitsje wy pakketten dy't foldogge oan 'e ekstreem strange autonoarmen? Mar it is wis dat de relevante technology konstant yn ûntwikkeling is.
Mei it each op de protte termyske problemen en kompleksiteiten dy't ferbûn binne mei multi-die-komponinten, sille der nije stresstestprofilen of ferskillende soarten testen wêze? Kinne de hjoeddeiske JEDEC-noarmen sokke yntegreare systemen dekke?
Chen: Ik leau dat wy wiidweidiger diagnostyske metoaden ûntwikkelje moatte om de boarne fan flaters dúdlik te identifisearjen. Wy hawwe it kombinearjen fan metrology mei diagnostyk besprutsen, en wy hawwe in ferantwurdlikens om út te finen hoe't wy robústere pakketten bouwe kinne, materialen en prosessen fan hegere kwaliteit brûke kinne, en se validearje kinne.
Kelly: Tsjintwurdich dogge wy gefalstúdzjes mei klanten, dy't wat leard hawwe fan testen op systeemnivo, benammen temperatuerynfloedtesten yn funksjonele boardtesten, wat net behannele wurdt yn JEDEC-testen. JEDEC-testen is gewoan isothermysk testen, wêrby't "temperatuerstiging, fal en temperatueroergong" belutsen binne. De temperatuerferdieling yn werklike pakketten is lykwols fier fan wat der yn 'e echte wrâld bart. Steeds mear klanten wolle testen op systeemnivo betiid útfiere, om't se dizze situaasje begripe, hoewol net elkenien derfan bewust is. Simulaasjetechnology spilet hjir ek in rol. As men betûft is yn termysk-mechanyske kombinaasjesimulaasje, wurdt it analysearjen fan problemen makliker, om't se witte op hokker aspekten se moatte fokusje by it testen. Testen op systeemnivo en simulaasjetechnology komplementearje inoar. Dizze trend is lykwols noch yn 'e iere stadia.
Binne der mear termyske problemen oan te pakken by folwoeksen technologyknooppunten as yn it ferline?
Otte: Ja, mar yn 'e ôfrûne pear jier binne koplanariteitsproblemen hieltyd promininter wurden. Wy sjogge 5.000 oant 10.000 koperen pylders op in chip, mei in ôfstân tusken de 50 mikron en 127 mikron útinoar. As jo de relevante gegevens goed ûndersiikje, sille jo fine dat it pleatsen fan dizze koperen pylders op it substraat en it útfieren fan ferwaarmings-, koel- en reflow-soldeeroperaasjes fereasket dat jo sawat ien diel yn hûndert tûzen koplanariteitspresysje berikke. Ien diel yn hûndert tûzen presyzje is as it finen fan in gersblêd binnen de lingte fan in fuotbalfjild. Wy hawwe wat hege prestaasjes Keyence-ark kocht om de flakheid fan 'e chip en it substraat te mjitten. De fraach dy't dêrop folget is fansels hoe't jo dit krommingsferskynsel kinne kontrolearje tidens de reflow-soldeersyklus? Dit is in driuwend probleem dat oanpakt wurde moat.
Chen: Ik wit noch diskusjes oer Ponte Vecchio, dêr't se soldeer by lege temperatuer brûkten foar gearstallingsredenen ynstee fan prestaasjesredenen.
Mei it each op it feit dat alle circuits yn 'e buert noch termyske problemen hawwe, hoe moat fotonika hjiryn yntegrearre wurde?
Roosendaal: Termyske simulaasje moat foar alle aspekten útfierd wurde, en hege-frekwinsje-ekstraksje is ek needsaaklik, om't de sinjalen dy't binnenkomme hege-frekwinsje sinjalen binne. Dêrom moatte problemen lykas impedânsje-oanpassing en juste ierdferbining oanpakt wurde. Der kinne wichtige temperatuergradiënten wêze, dy't kinne bestean binnen de chip sels of tusken wat wy de "E"-chip (elektryske chip) en de "P"-chip (fotonchip) neame. Ik bin nijsgjirrich oft wy djipper moatte dûke yn 'e termyske eigenskippen fan lijmen.
Dit ropt diskusjes op oer bondingmaterialen, har seleksje en stabiliteit oer tiid. It is dúdlik dat hybride bondingtechnology yn 'e echte wrâld tapast is, mar noch net brûkt is foar massaproduksje. Wat is de hjoeddeistige steat fan dizze technology?
Kelly: Alle partijen yn 'e leveringsketen jouwe omtinken oan hybride bondingtechnology. Op it stuit wurdt dizze technology benammen laat troch gieterijen, mar OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) bedriuwen bestudearje ek serieus de kommersjele tapassingen dêrfan. Klassike koperen hybride diëlektryske bondingkomponinten hawwe in lange-termyn falidaasje ûndergien. As de suverens kontroleare wurde kin, kin dit proses tige robuuste komponinten produsearje. It hat lykwols ekstreem hege easken foar suverens, en de kosten foar kapitaalapparatuer binne tige heech. Wy hawwe iere tapassingspogingen meimakke yn 'e Ryzen-produktline fan AMD, dêr't de measte SRAM's koperen hybride bondingtechnology brûkten. Ik haw lykwols net folle oare klanten sjoen dy't dizze technology tapasse. Hoewol it op 'e technology-roadmaps fan in protte bedriuwen stiet, liket it derop dat it noch in pear jier sil duorje foardat de relatearre apparatuersuites oan ûnôfhinklike suverenseasken foldogge. As it tapast wurde kin yn in fabryksomjouwing mei wat legere suverens as in typyske waferfabryk, en as legere kosten berikt wurde kinne, dan sil dizze technology miskien mear oandacht krije.
Chen: Neffens myn statistiken sille op syn minst 37 artikels oer hybride bonding presintearre wurde op 'e ECTC-konferinsje fan 2024. Dit is in proses dat in soad ekspertize fereasket en in flinke hoemannichte fynwurkingen by de gearstalling omfettet. Dizze technology sil dus grif in wiidfersprate tapassing sjen. D'r binne al wat tapassingsgefallen, mar yn 'e takomst sil it faker foarkomme yn ferskate fjilden.
As jo it hawwe fan "fijne operaasjes", ferwize jo dan nei de needsaak foar wichtige finansjele ynvestearring?
Chen: Fansels kostet it tiid en ekspertize. It útfieren fan dizze operaasje fereasket in tige skjinne omjouwing, wat finansjele ynvestearrings fereasket. It fereasket ek relatearre apparatuer, wat ek finansiering fereasket. Dit giet dus net allinich oer operasjonele kosten, mar ek oer ynvestearrings yn foarsjennings.
Kelly: Yn gefallen mei in ôfstân fan 15 mikron of grutter is der in wichtige belangstelling foar it brûken fan wafer-to-wafer-technology fan koperen pylders. Ideaallik binne de wafers flak, en de chipgrutte is net hiel grut, wêrtroch't reflow fan hege kwaliteit mooglik is foar guon fan dizze ôfstânen. Hoewol dit wat útdagings presintearret, is it folle minder kostber as it ynsette foar hybride bondingtechnology fan koper. As de presyzje-easken lykwols 10 mikron of leger binne, feroaret de situaasje. Bedriuwen dy't chip-stackingtechnology brûke, sille ôfstânen fan ien sifer fan mikron berikke, lykas 4 of 5 mikron, en is der gjin alternatyf. Dêrom sil de relevante technology ûnûntkomber ûntwikkelje. Besteande technologyen ferbetterje lykwols ek kontinu. Dat no rjochtsje wy ús op 'e grinzen wêr't koperen pylders oant útwreidzje kinne en oft dizze technology lang genôch sil duorje foar klanten om alle ûntwerp- en "kwalifikaasje"-ûntwikkelingsynvestearrings yn echte hybride bondingtechnology fan koper út te stellen.
Chen: Wy sille allinich relevante technologyen oannimme as d'r fraach nei is.
Binne der op it stuit in soad nije ûntjouwings op it mêd fan epoxy-foarmmingsel?
Kelly: Gietmasines hawwe wichtige feroarings ûndergien. Harren CTE (koëffisjint fan termyske útwreiding) is sterk fermindere, wêrtroch't se geunstiger binne foar relevante tapassingen út in drukperspektyf.
Otte: Werom nei ús foarige diskusje, hoefolle healgeleiderchips wurde op it stuit produsearre mei in ôfstân fan 1 of 2 mikron?
Kelly: In wichtich part.
Chen: Wierskynlik minder as 1%.
Otte: De technology dy't wy besprekke is dus net mainstream. It is net yn 'e ûndersyksfaze, om't liedende bedriuwen dizze technology yndie tapasse, mar it is djoer en hat lege opbringsten.
Kelly: Dit wurdt benammen tapast yn hege-prestaasjekompjûters. Tsjintwurdich wurdt it net allinich brûkt yn datasintra, mar ek yn high-end PC's en sels guon handheld-apparaten. Hoewol dizze apparaten relatyf lyts binne, hawwe se noch altyd hege prestaasjes. Yn 'e bredere kontekst fan prosessors en CMOS-tapassingen bliuwt it oandiel lykwols relatyf lyts. Foar gewoane chipfabrikanten is it net nedich om dizze technology oan te nimmen.
Otte: Dêrom is it ferrassend dat dizze technology de auto-yndustry ynkomt. Auto's hoege gjin ekstreem lytse chips te hawwen. Se kinne by prosessen fan 20 of 40 nanometer bliuwe, om't de kosten per transistor yn healgeleiders by dit proses it leechst binne.
Kelly: De berekkeningseasken foar ADAS of autonoom riden binne lykwols itselde as dy foar AI PC's of ferlykbere apparaten. Dêrom moat de auto-yndustry wol ynvestearje yn dizze baanbrekkende technologyen.
As de produktsyklus fiif jier is, kin it oannimmen fan nije technologyen it foardiel dan mei nochris fiif jier ferlingje?
Kelly: Dat is in tige ridlik punt. De auto-yndustry hat in oare hoeke. Tink oan ienfâldige servo-controllers of relatyf ienfâldige analoge apparaten dy't al 20 jier besteane en tige goedkeap binne. Se brûke lytse chips. Minsken yn 'e auto-yndustry wolle dizze produkten bliuwe brûken. Se wolle allinich ynvestearje yn tige high-end kompjûterapparaten mei digitale lytse chips en se mooglik kombinearje mei goedkeape analoge chips, flash-ûnthâld en RF-chips. Foar harren is it lytse-chipmodel in soad sin, om't se in protte goedkeape, stabile ûnderdielen fan 'e âldere generaasje kinne behâlde. Se wolle dizze ûnderdielen net feroarje en hoege dat ek net te dwaan. Dan hoege se allinich in high-end lytse chip fan 5 nanometer of 3 nanometer ta te foegjen om de funksjes fan it ADAS-diel te ferfoljen. Eins tapasse se ferskate soarten lytse chips yn ien produkt. Oars as de PC- en kompjûterfjilden hat de auto-yndustry in mear ferskaat oanbod fan tapassingen.
Chen: Boppedat hoege dizze chips net neist de motor ynstalleare te wurden, sadat de miljeu-omstannichheden relatyf better binne.
Kelly: De omjouwingstemperatuer yn auto's is frij heech. Dêrom, sels as it fermogen fan 'e chip net bysûnder heech is, moat de auto-yndustry wat jild ynvestearje yn goede termyske behearoplossingen en kin sels beskôgje om indium TIM (termyske ynterfacematerialen) te brûken, om't de omjouwingsomstannichheden tige hurd binne.
Pleatsingstiid: 28 april 2025