Automobilių lustų pramonė išgyvena pokyčius
Neseniai puslaidininkių inžinerijos komanda su Michaelu Kelly, „Amkor“ mažų lustų ir FCBGA integracijos viceprezidentu, aptarė mažus lustus, hibridinį sujungimą ir naujas medžiagas. Diskusijoje taip pat dalyvavo ASE tyrėjas Williamas Chenas, „Promex Industries“ generalinis direktorius Dickas Otte ir Sanderis Roosendaalas, „Synopsys Photonics Solutions“ tyrimų ir plėtros direktorius. Žemiau pateikiamos ištraukos iš šios diskusijos.
Daugelį metų automobilių lustų kūrimas neužėmė lyderio pozicijos pramonėje. Tačiau atsiradus elektromobilių ir pažangių informacinių bei pramoginių sistemų populiarumui, ši situacija smarkiai pasikeitė. Kokias problemas pastebėjote?
Kelly: Norint konkuruoti rinkoje, aukštos klasės ADAS (pažangios vairuotojo pagalbos sistemos) reikalauja procesorių, pagamintų naudojant 5 nanometrų ar mažesnį procesą. Pradėjus naudoti 5 nanometrų procesą, reikia atsižvelgti į plokštelių kainą, todėl reikia atidžiai apsvarstyti mažų lustų sprendimus, nes sunku pagaminti didelius lustus naudojant 5 nanometrų procesą. Be to, našumas yra mažas, todėl išlaidos yra itin didelės. Dirbdami su 5 nanometrų ar pažangesniais procesais, klientai paprastai svarsto galimybę pasirinkti dalį 5 nanometrų lusto, o ne naudoti visą lustą, tuo pačiu didindami investicijas į pakavimo etapą. Jie gali pagalvoti: „Ar nebūtų ekonomiškiau pasiekti reikiamą našumą tokiu būdu, o ne bandyti visas funkcijas atlikti didesniame luste?“ Taigi, taip, aukštos klasės automobilių kompanijos tikrai atkreipia dėmesį į mažų lustų technologiją. Pirmaujančios pramonės įmonės atidžiai tai stebi. Palyginti su skaičiavimo sritimi, automobilių pramonė tikriausiai atsilieka 2–4 metais taikant mažų lustų technologiją, tačiau jos taikymo automobilių sektoriuje tendencija aiški. Automobilių pramonėje keliami itin aukšti patikimumo reikalavimai, todėl mažų lustų technologijos patikimumas turi būti įrodytas. Tačiau didelio masto mažų lustų technologijos taikymas automobilių srityje neabejotinai artėja.
Chen: Nepastebėjau jokių reikšmingų kliūčių. Manau, kad labiau svarbu nuodugniai išmokti ir suprasti atitinkamus sertifikavimo reikalavimus. Tai susiję su metrologijos lygmeniu. Kaip gaminame paketus, kurie atitinka itin griežtus automobilių pramonės standartus? Tačiau neabejotina, kad atitinkamos technologijos nuolat tobulėja.
Atsižvelgiant į daugybę terminių problemų ir sudėtingumo, susijusių su daugiasluoksniais komponentais, ar bus sukurti nauji streso testų profiliai arba skirtingų tipų bandymai? Ar dabartiniai JEDEC standartai gali apimti tokias integruotas sistemas?
Chen: Manau, kad turime sukurti išsamesnius diagnostikos metodus, kad galėtume aiškiai nustatyti gedimų šaltinį. Aptarėme metrologijos ir diagnostikos derinimą ir turime pareigą išsiaiškinti, kaip sukurti tvirtesnius paketus, naudoti aukštesnės kokybės medžiagas ir procesus bei juos patvirtinti.
Kelly: Šiais laikais atliekame atvejų tyrimus su klientais, kurie išmoko kažko iš sisteminio testavimo, ypač temperatūros poveikio testavimo funkcinių plokščių testuose, kuris nėra įtrauktas į JEDEC testavimą. JEDEC testavimas yra tik izoterminis testavimas, apimantis „temperatūros kilimą, kritimą ir temperatūros kitimą“. Tačiau temperatūros pasiskirstymas tikruose korpusuose toli gražu neatitinka to, kas vyksta realiame pasaulyje. Vis daugiau klientų nori atlikti sisteminio testavimą anksti, nes supranta šią situaciją, nors ne visi apie tai žino. Čia svarbų vaidmenį atlieka ir modeliavimo technologija. Jei žmogus yra įgudęs atlikti šiluminio-mechaninio derinio modeliavimą, problemų analizė tampa lengvesnė, nes jis žino, į kokius aspektus reikia atkreipti dėmesį atliekant testavimą. Sisteminio testavimas ir modeliavimo technologija viena kitą papildo. Tačiau ši tendencija vis dar yra pradinėje stadijoje.
Ar brandžių technologijų mazguose reikia spręsti daugiau šiluminių problemų nei anksčiau?
Otte: Taip, bet per pastaruosius porą metų koplanariškumo problemos tapo vis ryškesnės. Ant lusto matome nuo 5000 iki 10 000 vario stulpelių, išdėstytų tarp 50 ir 127 mikronų. Atidžiai išnagrinėję atitinkamus duomenis, pastebėsite, kad norint uždėti šiuos vario stulpelius ant pagrindo ir atlikti šildymo, aušinimo bei refliavimo litavimo operacijas, reikia pasiekti maždaug vienos šimto tūkstantosios dalies koplanariškumo tikslumą. Vienos šimto tūkstantosios dalies tikslumas yra tas pats, kas rasti žolės stiebelį futbolo aikštės ilgyje. Įsigijome keletą aukštos kokybės „Keyence“ įrankių, skirtų lusto ir pagrindo plokštumai matuoti. Žinoma, kyla klausimas, kaip valdyti šį iškraipymo reiškinį refliavimo litavimo ciklo metu? Tai yra neatidėliotinas klausimas, kurį reikia spręsti.
Chen: Pamenu diskusijas apie Ponte Vecchio tiltą, kur žemos temperatūros litavimas buvo naudojamas surinkimo, o ne našumo sumetimais.
Atsižvelgiant į tai, kad visos netoliese esančios grandinės vis dar turi terminių problemų, kaip į tai reikėtų integruoti fotoniką?
Roosendaal: Terminis modeliavimas turi būti atliekamas visais aspektais, taip pat būtinas aukšto dažnio ištraukimas, nes įeinantys signalai yra aukšto dažnio signalai. Todėl reikia spręsti tokius klausimus kaip impedanso suderinimas ir tinkamas įžeminimas. Gali būti didelių temperatūros gradientų, kurie gali egzistuoti pačioje kristale arba tarp to, ką vadiname „E“ kristalu (elektriniu kristalu) ir „P“ kristalu (fotoniniu kristalu). Man įdomu, ar mums reikia gilintis į klijų šilumines savybes.
Tai kelia diskusijas apie rišamąsias medžiagas, jų pasirinkimą ir stabilumą laikui bėgant. Akivaizdu, kad hibridinio rišimo technologija buvo taikoma realiame pasaulyje, tačiau ji dar nebuvo naudojama masinei gamybai. Kokia dabartinė šios technologijos būklė?
Kelly: Visos tiekimo grandinės šalys atkreipia dėmesį į hibridinio sujungimo technologiją. Šiuo metu šią technologiją daugiausia plėtoja liejyklos, tačiau OSAT (užsakomųjų puslaidininkių surinkimo ir bandymų) įmonės taip pat rimtai studijuoja jos komercinį pritaikymą. Klasikiniai vario hibridinio dielektrinio sujungimo komponentai buvo ilgai patvirtinti. Jei galima kontroliuoti švarą, šiuo procesu galima pagaminti labai tvirtus komponentus. Tačiau jam keliami itin aukšti švaros reikalavimai, o kapitalinės įrangos sąnaudos yra labai didelės. Ankstyvuosius pritaikymo bandymus patyrėme AMD „Ryzen“ produktų linijoje, kur dauguma SRAM naudojo vario hibridinio sujungimo technologiją. Tačiau nemačiau daug kitų klientų, taikančių šią technologiją. Nors ji yra daugelio įmonių technologijų planuose, atrodo, kad prireiks dar kelerių metų, kol susiję įrangos rinkiniai atitiks nepriklausomus švaros reikalavimus. Jei ją bus galima pritaikyti gamyklos aplinkoje, kurioje švara bus šiek tiek mažesnė nei įprastoje plokštelių gamykloje, ir jei bus galima pasiekti mažesnes sąnaudas, galbūt šiai technologijai bus skiriama daugiau dėmesio.
Chen: Remiantis mano statistika, 2024 m. ECTC konferencijoje bus pristatyti mažiausiai 37 pranešimai apie hibridinį sujungimą. Tai procesas, reikalaujantis daug patirties ir apimantis daug smulkių operacijų surinkimo metu. Taigi ši technologija neabejotinai bus plačiai pritaikyta. Jau yra keletas taikymo atvejų, tačiau ateityje ji taps labiau paplitusi įvairiose srityse.
Kai kalbate apie „geras operacijas“, ar turite omenyje didelių finansinių investicijų poreikį?
Chen: Žinoma, tam reikia laiko ir patirties. Šiai operacijai atlikti reikalinga labai švari aplinka, todėl reikia finansinių investicijų. Taip pat reikia susijusios įrangos, kuriai taip pat reikalingas finansavimas. Taigi, tai apima ne tik eksploatavimo išlaidas, bet ir investicijas į įrangą.
Kelly: Tais atvejais, kai tarpai yra 15 mikronų ar didesni, didelis susidomėjimas yra varinių stulpelių „plokštelių ant plokštelių“ technologijos naudojimas. Idealiu atveju plokštelės yra plokščios, o lustų dydžiai nėra labai dideli, todėl kai kuriais iš šių tarpų galima atlikti aukštos kokybės perlydymą. Nors tai kelia tam tikrų iššūkių, tai yra daug pigiau nei vario hibridinio sujungimo technologijos pasirinkimas. Tačiau jei tikslumo reikalavimas yra 10 mikronų ar mažesnis, situacija pasikeičia. Įmonės, naudojančios lustų krūvavimo technologiją, pasieks vienženklį mikronų tarpą, pavyzdžiui, 4 ar 5 mikronus, ir alternatyvos nėra. Todėl atitinkama technologija neišvengiamai vystysis. Tačiau esamos technologijos taip pat nuolat tobulėja. Taigi dabar mes sutelkiame dėmesį į ribas, iki kurių gali ištempti variniai stulpai, ir ar ši technologija bus pakankamai ilga, kad klientai atidėtų visas investicijas į tikrąją vario hibridinio sujungimo technologiją, skirtą projektavimui ir „kvalifikacijai“.
Chen: Tinkamas technologijas diegsime tik tada, kai bus paklausa.
Ar šiuo metu yra daug naujų pokyčių epoksidinių liejimo mišinių srityje?
Kelly: Liejimo mišiniai gerokai pasikeitė. Jų CTE (šiluminio plėtimosi koeficientas) buvo gerokai sumažintas, todėl jie tapo palankesni atitinkamoms reikmėms slėgio požiūriu.
Otte: Grįžtant prie ankstesnės mūsų diskusijos, kiek puslaidininkinių lustų šiuo metu gaminama su 1 arba 2 mikronų tarpais?
Kelly: Nemaža dalis.
Chen: Tikriausiai mažiau nei 1%.
Otte: Taigi, technologija, apie kurią kalbame, nėra plačiai paplitusi. Ji dar nėra tyrimų etape, nes pirmaujančios įmonės iš tiesų taiko šią technologiją, tačiau ji yra brangi ir duoda mažą našumą.
Kelly: Tai daugiausia taikoma didelio našumo skaičiavimams. Šiais laikais ji naudojama ne tik duomenų centruose, bet ir aukščiausios klasės kompiuteriuose bei net kai kuriuose delniniuose įrenginiuose. Nors šie įrenginiai yra gana maži, jie vis tiek pasižymi dideliu našumu. Tačiau platesniame procesorių ir CMOS programų kontekste jų dalis išlieka gana maža. Paprastiems lustų gamintojams nėra poreikio diegti šią technologiją.
Otte: Todėl stebina, kad ši technologija skinasi kelią į automobilių pramonę. Automobiliams nebūtina, kad lustai būtų itin maži. Jie gali likti ties 20 ar 40 nanometrų procesais, nes puslaidininkiuose tranzistoriaus kaina šiame procese yra mažiausia.
Kelly: Tačiau ADAS arba autonominio vairavimo skaičiavimo reikalavimai yra tokie patys kaip ir dirbtinio intelekto kompiuteriams ar panašiems įrenginiams. Todėl automobilių pramonei reikia investuoti į šias pažangiausias technologijas.
Jei produkto ciklas yra penkeri metai, ar naujų technologijų diegimas galėtų pratęsti pranašumą dar penkeriems metams?
Kelly: Tai labai pagrįstas pastebėjimas. Automobilių pramonė turi kitą požiūrį. Apsvarstykite paprastus servo valdiklius arba gana paprastus analoginius įrenginius, kurie egzistuoja jau 20 metų ir yra labai pigūs. Jie naudoja mažus lustus. Automobilių pramonės žmonės nori ir toliau naudoti šiuos produktus. Jie nori investuoti tik į labai aukštos klasės skaičiavimo įrenginius su mažais skaitmeniniais lustais ir galbūt juos derinti su pigiais analoginiais lustais, „flash“ atmintimi ir radijo dažnių lustais. Jiems mažų lustų modelis yra labai prasmingas, nes jie gali išlaikyti daug pigių, stabilių, senesnės kartos dalių. Jie nei nenori keisti šių dalių, nei to reikia. Tada jiems tereikia pridėti aukštos klasės 5 nanometrų arba 3 nanometrų mažą lustą, kad atliktų ADAS dalies funkcijas. Tiesą sakant, jie viename produkte taiko įvairių tipų mažus lustus. Skirtingai nuo kompiuterių ir skaičiavimo sričių, automobilių pramonėje yra įvairesnis pritaikymo spektras.
Chen: Be to, šių lustų nereikia montuoti šalia variklio, todėl aplinkos sąlygos yra santykinai geresnės.
Kelly: Automobilių aplinkos temperatūra yra gana aukšta. Todėl, net jei lusto galia nėra itin didelė, automobilių pramonė turi investuoti į gerus šilumos valdymo sprendimus ir netgi gali svarstyti galimybę naudoti indžio TIM (šiluminės sąsajos medžiagas), nes aplinkos sąlygos yra labai atšiaurios.
Įrašo laikas: 2025 m. balandžio 28 d.