Die motor-skyfiebedryf ondergaan veranderinge
Onlangs het die halfgeleier-ingenieurspan klein skyfies, hibriede binding en nuwe materiale bespreek met Michael Kelly, visepresident van Amkor se klein skyfie en FCBGA-integrasie. Ook aan die bespreking deelgeneem deur ASE-navorser William Chen, Promex Industries se uitvoerende hoof Dick Otte, en Sander Roosendaal, navorsings- en ontwikkelingsdirekteur van Synopsys Photonics Solutions. Hieronder is uittreksels uit hierdie bespreking.
Vir baie jare het die ontwikkeling van motorskyfies nie 'n leidende posisie in die bedryf ingeneem nie. Met die opkoms van elektriese voertuie en die ontwikkeling van gevorderde inligting- en vermaakstelsels het hierdie situasie egter dramaties verander. Watter probleme het jy opgemerk?
Kelly: Hoë-end ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) vereis verwerkers met 'n 5-nanometer proses of kleiner om mededingend in die mark te wees. Sodra jy die 5-nanometer proses betree, moet jy waferkoste in ag neem, wat lei tot deeglike oorweging van klein skyfie-oplossings, aangesien dit moeilik is om groot skyfies by die 5-nanometer proses te vervaardig. Boonop is die opbrengs laag, wat lei tot uiters hoë koste. Wanneer kliënte met 5-nanometer of meer gevorderde prosesse te doen het, oorweeg dit tipies om 'n gedeelte van die 5-nanometer skyfie te kies eerder as om die hele skyfie te gebruik, terwyl hulle belegging in die verpakkingsfase verhoog. Hulle dink dalk: "Sou dit 'n meer koste-effektiewe opsie wees om die vereiste prestasie op hierdie manier te behaal, eerder as om te probeer om alle funksies in 'n groter skyfie te voltooi?" So, ja, hoë-end motormaatskappye gee beslis aandag aan klein skyfie-tegnologie. Toonaangewende maatskappye in die bedryf monitor dit noukeurig. In vergelyking met die rekenaarveld, is die motorbedryf waarskynlik 2 tot 4 jaar agter in die toepassing van klein skyfie-tegnologie, maar die tendens vir die toepassing daarvan in die motorsektor is duidelik. Die motorbedryf het uiters hoë betroubaarheidsvereistes, dus moet die betroubaarheid van kleinskyfietegnologie bewys word. Grootskaalse toepassing van kleinskyfietegnologie in die motorbedryf is egter beslis oppad.
Chen: Ek het geen noemenswaardige struikelblokke opgemerk nie. Ek dink dit gaan meer daaroor dat jy die relevante sertifiseringsvereistes in diepte moet leer en verstaan. Dit gaan terug na die metrologievlak. Hoe vervaardig ons pakkette wat aan die uiters streng motorstandaarde voldoen? Maar dit is seker dat die relevante tegnologie voortdurend ontwikkel.
Gegewe die vele termiese probleme en kompleksiteite wat met multi-chip-komponente geassosieer word, sal daar nuwe spanningstoetsprofiele of verskillende tipes toetse wees? Kan die huidige JEDEC-standaarde sulke geïntegreerde stelsels dek?
Chen: Ek glo ons moet meer omvattende diagnostiese metodes ontwikkel om die bron van mislukkings duidelik te identifiseer. Ons het die kombinasie van metrologie met diagnostiek bespreek, en ons het 'n verantwoordelikheid om uit te vind hoe om meer robuuste pakkette te bou, hoër kwaliteit materiale en prosesse te gebruik, en dit te valideer.
Kelly: Deesdae doen ons gevallestudies met kliënte wat iets geleer het uit stelselvlaktoetsing, veral temperatuurimpaktoetsing in funksionele bordtoetse, wat nie in JEDEC-toetsing gedek word nie. JEDEC-toetsing is bloot isotermiese toetsing, wat "temperatuurstyging, -daling en -temperatuuroorgang" behels. Die temperatuurverspreiding in werklike pakkette is egter ver van wat in die werklike wêreld gebeur. Al hoe meer kliënte wil stelselvlaktoetsing vroegtydig uitvoer omdat hulle hierdie situasie verstaan, hoewel nie almal daarvan bewus is nie. Simulasietegnologie speel ook hier 'n rol. As 'n mens vaardig is in termies-meganiese kombinasiesimulasie, word die ontleding van probleme makliker omdat hulle weet op watter aspekte om tydens toetsing te fokus. Stelselvlaktoetsing en simulasietegnologie vul mekaar aan. Hierdie tendens is egter nog in sy vroeë stadiums.
Is daar meer termiese probleme om by volwasse tegnologie-nodusse aan te spreek as in die verlede?
Otte: Ja, maar in die afgelope paar jaar het koplanariteitskwessies toenemend prominent geword. Ons sien 5 000 tot 10 000 koperpilare op 'n skyfie, tussen 50 mikron en 127 mikron uitmekaar gespasieer. As jy die relevante data noukeurig ondersoek, sal jy vind dat die plasing van hierdie koperpilare op die substraat en die uitvoering van verhittings-, verkoelings- en hervloei-solderingsbewerkings die bereiking van ongeveer een deel in honderdduisend koplanariteitspresisie vereis. Een deel in honderdduisend presisie is soos om 'n grasspriet binne die lengte van 'n sokkerveld te vind. Ons het 'n paar hoëprestasie Keyence-gereedskap aangekoop om die platheid van die skyfie en substraat te meet. Die gevolglike vraag is natuurlik hoe om hierdie kromtrekkingsverskynsel tydens die hervloei-solderingsiklus te beheer? Dit is 'n dringende kwessie wat aangespreek moet word.
Chen: Ek onthou besprekings oor Ponte Vecchio, waar hulle laetemperatuur-soldeer gebruik het vir monteringsoorwegings eerder as prestasieredes.
Aangesien al die nabygeleë stroombane steeds termiese probleme het, hoe moet fotonika hierin geïntegreer word?
Roosendaal: Termiese simulasie moet vir alle aspekte uitgevoer word, en hoëfrekwensie-ekstraksie is ook nodig omdat die seine wat inkom hoëfrekwensieseine is. Daarom moet kwessies soos impedansie-ooreenstemming en behoorlike aarding aangespreek word. Daar kan beduidende temperatuurgradiënte wees, wat binne die matrys self of tussen wat ons die "E"-matrys (elektriese matrys) en die "P"-matrys (fotonmatrys) noem, kan bestaan. Ek is nuuskierig of ons dieper in die termiese eienskappe van kleefmiddels moet delf.
Dit laat besprekings ontstaan oor bindingsmateriale, hul keuse en stabiliteit oor tyd. Dit is duidelik dat hibriede bindingstegnologie in die werklike wêreld toegepas is, maar dit is nog nie vir massaproduksie gebruik nie. Wat is die huidige stand van hierdie tegnologie?
Kelly: Alle partye in die voorsieningsketting gee aandag aan hibriede bindingstegnologie. Tans word hierdie tegnologie hoofsaaklik deur gieterye gelei, maar OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) maatskappye bestudeer ook ernstig die kommersiële toepassings daarvan. Klassieke koperhibriede diëlektriese bindingskomponente het langtermynvalidering ondergaan. As netheid beheer kan word, kan hierdie proses baie robuuste komponente produseer. Dit het egter uiters hoë netheidsvereistes, en die kapitaaltoerustingkoste is baie hoog. Ons het vroeë toepassingspogings in AMD se Ryzen-produklyn ervaar, waar die meeste van die SRAM koperhibriede bindingstegnologie gebruik het. Ek het egter nie baie ander kliënte gesien wat hierdie tegnologie toepas nie. Alhoewel dit op die tegnologie-padkaarte van baie maatskappye is, lyk dit asof dit nog 'n paar jaar sal neem vir die verwante toerustingsuites om aan onafhanklike netheidsvereistes te voldoen. As dit in 'n fabrieksomgewing met effens laer netheid as 'n tipiese waferfabriek toegepas kan word, en as laer koste bereik kan word, sal hierdie tegnologie miskien meer aandag kry.
Chen: Volgens my statistieke sal ten minste 37 artikels oor hibriede binding by die 2024 ECTC-konferensie aangebied word. Dit is 'n proses wat baie kundigheid vereis en 'n aansienlike hoeveelheid fyn bewerkings tydens montering behels. Hierdie tegnologie sal dus beslis wydverspreide toepassing sien. Daar is reeds 'n paar toepassingsgevalle, maar in die toekoms sal dit meer algemeen in verskeie velde raak.
Wanneer jy "fyn bedrywighede" noem, verwys jy na die behoefte aan beduidende finansiële belegging?
Chen: Natuurlik sluit dit tyd en kundigheid in. Die uitvoering van hierdie operasie vereis 'n baie skoon omgewing, wat finansiële belegging noodsaak. Dit vereis ook verwante toerusting, wat eweneens befondsing vereis. Dit behels dus nie net bedryfskoste nie, maar ook belegging in fasiliteite.
Kelly: In gevalle met 'n spasiëring van 15 mikron of groter, is daar beduidende belangstelling in die gebruik van koperpilaar-wafer-tot-wafer-tegnologie. Ideaal gesproke is die wafers plat, en die skyfiegroottes is nie baie groot nie, wat hoëgehalte-hervloeiing vir sommige van hierdie spasiërings moontlik maak. Alhoewel dit 'n paar uitdagings bied, is dit baie minder duur as om tot koperhibriede bindingstegnologie te verbind. As die presisievereiste egter 10 mikron of laer is, verander die situasie. Maatskappye wat skyfiestapelingstegnologie gebruik, sal enkelsyfer-mikronspasiërings bereik, soos 4 of 5 mikron, en daar is geen alternatief nie. Daarom sal die relevante tegnologie onvermydelik ontwikkel. Bestaande tegnologieë verbeter egter ook voortdurend. Dus fokus ons nou op die perke waartoe koperpilare kan strek en of hierdie tegnologie lank genoeg sal hou vir kliënte om alle ontwerp- en "kwalifikasie"-ontwikkelingsbeleggings in ware koperhibriede bindingstegnologie te vertraag.
Chen: Ons sal slegs relevante tegnologieë aanneem wanneer daar vraag is.
Is daar tans baie nuwe ontwikkelings in die veld van epoksie-gietverbindings?
Kelly: Gietverbindings het beduidende veranderinge ondergaan. Hul CTE (koëffisiënt van termiese uitbreiding) is aansienlik verminder, wat hulle gunstiger maak vir relevante toepassings vanuit 'n drukperspektief.
Otte: Om terug te keer na ons vorige bespreking, hoeveel halfgeleierskyfies word tans vervaardig met 1 of 2 mikron spasiëring?
Kelly: 'n Beduidende proporsie.
Chen: Waarskynlik minder as 1%.
Otte: Die tegnologie wat ons bespreek, is dus nie hoofstroom nie. Dit is nie in die navorsingsfase nie, aangesien toonaangewende maatskappye hierdie tegnologie wel toepas, maar dit is duur en het lae opbrengste.
Kelly: Dit word hoofsaaklik in hoëprestasie-rekenaars toegepas. Deesdae word dit nie net in datasentrums gebruik nie, maar ook in hoë-end rekenaars en selfs sommige handtoestelle. Alhoewel hierdie toestelle relatief klein is, het hulle steeds hoë werkverrigting. In die breër konteks van verwerkers en CMOS-toepassings bly die verhouding daarvan egter relatief klein. Vir gewone skyfievervaardigers is daar geen nodigheid om hierdie tegnologie aan te neem nie.
Otte: Daarom is dit verbasend om te sien dat hierdie tegnologie die motorbedryf binnedring. Motors benodig nie skyfies wat uiters klein is nie. Hulle kan by 20- of 40-nanometer-prosesse bly, aangesien die koste per transistor in halfgeleiers die laagste is by hierdie proses.
Kelly: Die berekeningsvereistes vir ADAS of outonome bestuur is egter dieselfde as dié vir KI-rekenaars of soortgelyke toestelle. Daarom moet die motorbedryf in hierdie baanbrekende tegnologieë belê.
As die produksiklus vyf jaar is, kan die aanneming van nuwe tegnologieë die voordeel met nog vyf jaar verleng?
Kelly: Dis 'n baie redelike punt. Die motorbedryf het 'n ander hoek. Oorweeg eenvoudige servobeheerders of relatief eenvoudige analoogtoestelle wat al 20 jaar bestaan en baie lae koste is. Hulle gebruik klein skyfies. Mense in die motorbedryf wil aanhou om hierdie produkte te gebruik. Hulle wil slegs in baie hoë-end rekenaartoestelle met digitale klein skyfies belê en dit moontlik koppel met lae-koste analoogskyfies, flitsgeheue en RF-skyfies. Vir hulle maak die klein skyfiemodel baie sin, want hulle kan baie lae-koste, stabiele, ouer generasie onderdele behou. Hulle wil nie hierdie onderdele verander nie en hoef ook nie. Dan hoef hulle net 'n hoë-end 5-nanometer of 3-nanometer klein skyfie by te voeg om die funksies van die ADAS-gedeelte te vervul. Trouens, hulle pas verskillende tipes klein skyfies in een produk toe. Anders as die rekenaar- en rekenaarvelde, het die motorbedryf 'n meer diverse reeks toepassings.
Chen: Boonop hoef hierdie skyfies nie langs die enjin geïnstalleer te word nie, so die omgewingstoestande is relatief beter.
Kelly: Die omgewingstemperatuur in motors is redelik hoog. Daarom, selfs al is die skyfie se krag nie besonder hoog nie, moet die motorbedryf fondse belê in goeie termiese bestuursoplossings en kan selfs oorweeg om indium TIM (termiese koppelvlakmateriale) te gebruik, want die omgewingstoestande is baie straf.
Plasingstyd: 28 Apr-2025