Автомобилската чип индустрија е во процес на промени
Неодамна, тимот за полупроводничко инженерство разговараше за мали чипови, хибридно поврзување и нови материјали со Мајкл Кели, потпретседател за интеграција на мали чипови и FCBGA на „Амкор“. Во дискусијата учествуваа и истражувачот на ASE, Вилијам Чен, извршниот директор на „Промекс индустрис“, Дик Оте, и Сандер Русендал, директор за истражување и развој на „Синопсис фотоникс солушнс“. Подолу се дадени извадоци од оваа дискусија.
Со години, развојот на автомобилски чипови не заземаше водечка позиција во индустријата. Сепак, со подемот на електричните возила и развојот на напредните инфозабавни системи, оваа ситуација драматично се промени. Кои проблеми сте ги забележале?
Кели: Висококвалитетните ADAS (Напредни системи за помош на возачот) бараат процесори со процес од 5 нанометри или помал за да бидат конкурентни на пазарот. Откако ќе влезете во процесот од 5 нанометри, мора да ги земете предвид трошоците за плочки, што води кон внимателно разгледување на решенијата за мали чипови, бидејќи е тешко да се произведуваат големи чипови со процесот од 5 нанометри. Дополнително, приносот е низок, што резултира со екстремно високи трошоци. Кога се работи за процеси од 5 нанометри или понапредни процеси, клиентите обично размислуваат да изберат дел од чипот од 5 нанометри наместо да го користат целиот чип, додека ги зголемуваат инвестициите во фазата на пакување. Тие можеби ќе помислат: „Дали би било поекономична опција да се постигнат потребните перформанси на овој начин, отколку да се обидуваат да ги завршат сите функции во поголем чип?“ Значи, да, луксузните автомобилски компании дефинитивно обрнуваат внимание на технологијата за мали чипови. Водечките компании во индустријата внимателно го следат ова. Во споредба со областа на компјутерите, автомобилската индустрија веројатно заостанува 2 до 4 години во примената на технологијата за мали чипови, но трендот за нејзина примена во автомобилскиот сектор е јасен. Автомобилската индустрија има исклучително високи барања за сигурност, па затоа мора да се докаже сигурноста на технологијата со мали чипови. Сепак, примената на технологијата со мали чипови во автомобилската област е секако на пат.
Чен: Не забележав никакви значајни пречки. Мислам дека повеќе станува збор за потребата од длабинско учење и разбирање на релевантните барања за сертификација. Ова се навраќа на метрологијата. Како произведуваме пакети што ги исполнуваат исклучително строгите автомобилски стандарди? Но, сигурно е дека релевантната технологија постојано се развива.
Со оглед на многуте термички проблеми и сложености поврзани со компонентите со повеќе калап, дали ќе има нови профили за тестирање на стрес или различни видови тестови? Дали сегашните стандарди на JEDEC можат да ги опфатат таквите интегрирани системи?
Чен: Верувам дека треба да развиеме посеопфатни дијагностички методи за јасно да го идентификуваме изворот на дефектите. Разговаравме за комбинирање на метрологијата со дијагностиката и имаме одговорност да откриеме како да изградиме поцврсти пакувања, да користиме материјали и процеси со повисок квалитет и да ги валидираме.
Кели: Денес, спроведуваме студии на случај со клиенти кои научиле нешто од тестирањето на системско ниво, особено тестирањето на удар на температурата во тестовите на функционални плочи, што не е опфатено во JEDEC тестирањето. JEDEC тестирањето е само изотермно тестирање, кое вклучува „зголемување, пад и премин на температурата“. Сепак, распределбата на температурата во реалните пакувања е далеку од она што се случува во реалниот свет. Сè повеќе клиенти сакаат рано да спроведуваат тестирање на системско ниво бидејќи ја разбираат оваа ситуација, иако не сите се свесни за тоа. Технологијата за симулација исто така игра улога тука. Ако некој е вешт во термо-механичка комбинација на симулација, анализата на проблемите станува полесна бидејќи знае на кои аспекти да се фокусира за време на тестирањето. Тестирањето на системско ниво и технологијата за симулација се надополнуваат едни со други. Сепак, овој тренд е сè уште во раните фази.
Дали има повеќе термички проблеми што треба да се решат кај зрелите технолошки јазли отколку во минатото?
От: Да, но во последните неколку години, проблемите со копланарноста стануваат сè поизразени. Гледаме 5.000 до 10.000 бакарни столбови на чип, распоредени помеѓу 50 микрони и 127 микрони. Ако внимателно ги испитате релевантните податоци, ќе откриете дека поставувањето на овие бакарни столбови на подлогата и извршувањето на операции на греење, ладење и повторно лемење бара постигнување на прецизност на копланарност од околу еден дел од сто илјади. Еден дел од сто илјади прецизност е како да се најде трева во должина на фудбалско игралиште. Купивме неколку високо-перформансни алатки Keyence за мерење на рамноста на чипот и подлогата. Секако, прашањето што следува е како да се контролира овој феномен на искривување за време на циклусот на повторно лемење? Ова е итно прашање на кое треба да се одговори.
Чен: Се сеќавам на дискусиите за Понте Векио, каде што користеа лем на ниска температура за потребите на склопувањето, а не за причините за перформансите.
Со оглед на тоа што сите кола во близина сè уште имаат термички проблеми, како треба да се интегрира фотониката во ова?
Рузендал: Термичка симулација треба да се спроведе за сите аспекти, а екстракција со висока фреквенција е исто така неопходна бидејќи сигналите што влегуваат се сигнали со висока фреквенција. Затоа, треба да се решат проблеми како што се усогласување на импедансата и правилно заземјување. Може да има значителни температурни градиенти, кои може да постојат во самата матрица или помеѓу она што го нарекуваме „E“ матрица (електрична матрица) и „P“ матрица (фотонска матрица). Љубопитен сум дали треба подлабоко да навлеземе во термичките карактеристики на лепилата.
Ова покренува дискусии за материјалите за врзување, нивниот избор и стабилноста со текот на времето. Очигледно е дека технологијата на хибридно врзување е применета во реалниот свет, но сè уште не е користена за масовно производство. Каква е моменталната состојба на оваа технологија?
Кели: Сите страни во синџирот на снабдување обрнуваат внимание на технологијата за хибридно поврзување. Во моментов, оваа технологија главно ја водат леарници, но компаниите OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test - Аутсорсинг полупроводнички склопување и тестирање) исто така сериозно ги проучуваат нејзините комерцијални апликации. Класичните компоненти за бакарно хибридно диелектрично поврзување поминале низ долгорочна валидација. Ако чистотата може да се контролира, овој процес може да произведе многу робусни компоненти. Сепак, има екстремно високи барања за чистота, а трошоците за капитална опрема се многу високи. Имавме рани обиди за примена во производната линија Ryzen на AMD, каде што поголемиот дел од SRAM користеше технологија за бакарно хибридно поврзување. Сепак, не сум видел многу други клиенти да ја применуваат оваа технологија. Иако е на технолошките мапи на многу компании, се чини дека ќе бидат потребни уште неколку години за поврзаните комплети опрема да ги исполнат независните барања за чистота. Ако може да се примени во фабричка средина со малку пониска чистота од типична фабрика за плочи, и ако може да се постигнат пониски трошоци, тогаш можеби оваа технологија ќе добие поголемо внимание.
Чен: Според моите статистики, најмалку 37 трудови за хибридно поврзување ќе бидат презентирани на конференцијата ECTC во 2024 година. Ова е процес што бара многу експертиза и вклучува значителен број на фини операции за време на склопувањето. Значи, оваа технологија дефинитивно ќе има широка примена. Веќе има некои случаи на примена, но во иднина ќе стане поприсутна во различни области.
Кога споменувате „фино работење“, дали мислите на потребата од значителни финансиски инвестиции?
Чен: Секако, тоа вклучува време и експертиза. Извршувањето на оваа операција бара многу чиста средина, што бара финансиски инвестиции. Исто така, бара и соодветна опрема, што слично бара финансирање. Значи, ова вклучува не само оперативни трошоци, туку и инвестиции во објекти.
Кели: Во случаи со растојание од 15 микрони или поголемо, постои значителен интерес за користење на технологијата за поврзување на бакарни столбови од плочка до плочка. Идеално, плочките се рамни, а големините на чиповите не се многу големи, што овозможува висококвалитетно преточување за некои од овие растојанија. Иако ова претставува некои предизвици, е многу поевтино од посветеноста на технологијата за поврзување на бакарни хибриди. Меѓутоа, ако барањето за прецизност е 10 микрони или помалку, ситуацијата се менува. Компаниите што ја користат технологијата за редење на чипови ќе постигнат едноцифрени микронски растојанија, како што се 4 или 5 микрони, и нема алтернатива. Затоа, релевантната технологија неизбежно ќе се развива. Сепак, постојните технологии исто така постојано се подобруваат. Затоа, сега се фокусираме на границите до кои бакарните столбови можат да се протегаат и дали оваа технологија ќе трае доволно долго за клиентите да ги одложат сите инвестиции во дизајнот и развојот на „квалификации“ во вистинската технологија за поврзување на бакарни хибриди.
Чен: Ќе усвоиме релевантни технологии само кога има побарувачка.
Дали има многу нови случувања во областа на епоксидни соединенија за обликување во моментов?
Кели: Соединенијата за калапување претрпеа значителни промени. Нивниот CTE (коефициент на термичка експанзија) е значително намален, што ги прави поповолни за релевантни апликации од аспект на притисок.
От: Враќајќи се на нашата претходна дискусија, колку полупроводнички чипови се произведуваат моментално со растојание од 1 или 2 микрони?
Кели: Значителен дел.
Чен: Веројатно помалку од 1%.
Оте: Значи, технологијата за која дискутираме не е мејнстрим. Не е во фаза на истражување, бидејќи водечките компании навистина ја применуваат оваа технологија, но е скапа и има ниски приноси.
Кели: Ова главно се применува во високо-перформансното пресметување. Денес, се користи не само во центри за податоци, туку и во врвни компјутери, па дури и во некои преносни уреди. Иако овие уреди се релативно мали, тие сепак имаат високи перформанси. Сепак, во поширокиот контекст на процесорите и CMOS апликациите, неговиот удел останува релативно мал. За обичните производители на чипови, нема потреба да ја усвојуваат оваа технологија.
Оте: Затоа е изненадувачки што оваа технологија влегува во автомобилската индустрија. Автомобилите не треба да бидат екстремно мали чипови. Тие можат да останат во процеси од 20 или 40 нанометри, бидејќи цената по транзистор кај полупроводниците е најниска во овој процес.
Кели: Сепак, компјутерските барања за ADAS или автономно возење се исти како и оние за AI персонални компјутери или слични уреди. Затоа, автомобилската индустрија треба да инвестира во овие најсовремени технологии.
Ако циклусот на производот е пет години, дали усвојувањето на нови технологии би можело да ја продолжи предноста за уште пет години?
Кели: Тоа е многу разумна поента. Автомобилската индустрија има друг агол. Размислете за едноставни серво контролери или релативно едноставни аналогни уреди кои постојат веќе 20 години и се многу евтини. Тие користат мали чипови. Луѓето во автомобилската индустрија сакаат да продолжат да ги користат овие производи. Тие сакаат да инвестираат само во многу врвни компјутерски уреди со дигитални мали чипови и евентуално да ги поврзат со евтини аналогни чипови, флеш меморија и RF чипови. За нив, моделот со мал чип има многу смисла бидејќи можат да задржат многу евтини, стабилни делови од постара генерација. Тие ниту сакаат да ги менуваат овие делови, ниту пак треба. Потоа, тие само треба да додадат врвен мал чип од 5 нанометри или 3 нанометри за да ги исполнат функциите на ADAS делот. Всушност, тие применуваат различни видови мали чипови во еден производ. За разлика од полињата за компјутери и компјутери, автомобилската индустрија има поразновиден опсег на апликации.
Чен: Покрај тоа, овие чипови не мора да се инсталираат веднаш до моторот, па затоа условите во животната средина се релативно подобри.
Кели: Температурата на околината во автомобилите е доста висока. Затоа, дури и ако моќноста на чипот не е особено висока, автомобилската индустрија мора да инвестира средства во добри решенија за термичко управување, па дури и може да размисли за користење на индиумски TIM (термички интерфејсни материјали) бидејќи условите на околината се многу сурови.
Време на објавување: 28 април 2025 година