La aŭtomobila ĉipindustrio spertas ŝanĝojn
Lastatempe, la teamo pri duonkonduktaĵaj inĝenieroj diskutis malgrandajn ĉipojn, hibridan ligadon, kaj novajn materialojn kun Michael Kelly, vicprezidanto pri la integriĝo de malgrandaj ĉipoj kaj FCBGA-oj ĉe Amkor. Ankaŭ partoprenis la diskuton esploristo William Chen de ASE, la ĉefoficisto de Promex Industries, Dick Otte, kaj Sander Roosendaal, direktoro pri esplorado kaj disvolvado de Synopsys Photonics Solutions. Jen eltiraĵoj el ĉi tiu diskuto.
Dum multaj jaroj, la disvolviĝo de aŭtomobilaj ĉipoj ne okupis gvidan pozicion en la industrio. Tamen, kun la kresko de elektraj veturiloj kaj la disvolviĝo de progresintaj infotainment-sistemoj, ĉi tiu situacio ŝanĝiĝis draste. Kiujn problemojn vi rimarkis?
Kelly: Altnivelaj ADAS (Altnivelaj Ŝoforasistaj Sistemoj) postulas procesorojn kun 5-nanometra procezo aŭ pli malgranda por esti konkurencivaj en la merkato. Post kiam oni eniras la 5-nanometran procezon, oni devas konsideri la kostojn de la sigeloj, kio kondukas al zorgema konsidero de malgrand-ĉipaj solvoj, ĉar malfacilas fabriki grandajn ĉipojn per la 5-nanometra procezo. Krome, la rendimento estas malalta, rezultante en ekstreme altaj kostoj. Kiam oni traktas 5-nanometrajn aŭ pli progresintajn procezojn, klientoj tipe konsideras elekti parton de la 5-nanometra ĉipo anstataŭ uzi la tutan ĉipon, samtempe pliigante investon en la enpaka stadio. Ili eble pensas: "Ĉu estus pli kostefika opcio atingi la bezonatan rendimenton tielmaniere, anstataŭ provi plenumi ĉiujn funkciojn en pli granda ĉipo?" Do, jes, altkvalitaj aŭtomobilaj kompanioj certe atentas la malgrand-ĉipan teknologion. Gvidaj kompanioj en la industrio atente monitoras tion. Kompare kun la komputila kampo, la aŭtomobila industrio probable malfruas 2 ĝis 4 jarojn en la apliko de malgrand-ĉipa teknologio, sed la tendenco por ĝia apliko en la aŭtomobila sektoro estas klara. La aŭtomobila industrio havas ekstreme altajn fidindecajn postulojn, do la fidindeco de la teknologio de malgrandaj ico-oj devas esti pruvita. Tamen, grandskala apliko de la teknologio de malgrandaj ico-oj en la aŭtomobila kampo certe estas survoje.
Chen: Mi ne rimarkis iujn ajn signifajn obstaklojn. Mi pensas, ke temas pli pri la bezono lerni kaj kompreni la koncernajn atestadpostulojn profunde. Ĉi tio rilatas al la metrologia nivelo. Kiel ni fabrikas pakaĵojn, kiuj plenumas la ekstreme striktajn aŭtomobilajn normojn? Sed estas certe, ke la koncerna teknologio konstante evoluas.
Konsiderante la multajn termikaj problemojn kaj kompleksecojn asociitajn kun plur-ŝiklaj komponantoj, ĉu estos novaj streĉaj testaj profiloj aŭ malsamaj specoj de testoj? Ĉu la nunaj JEDEC-normoj povas kovri tiajn integrajn sistemojn?
Chen: Mi kredas, ke ni bezonas disvolvi pli ampleksajn diagnozajn metodojn por klare identigi la fonton de paneoj. Ni diskutis pri kombinado de metrologio kun diagnozo, kaj ni havas respondecon eltrovi kiel konstrui pli fortikajn pakaĵojn, uzi pli altkvalitajn materialojn kaj procezojn, kaj validigi ilin.
Kelly: Nuntempe, ni faras kazesplorojn kun klientoj, kiuj lernis ion de sistemnivela testado, precipe temperatura efikotestado en funkciaj plattestoj, kio ne estas kovrita en JEDEC-testado. JEDEC-testado estas nur izoterma testado, implikante "temperaturpliiĝon, malaltiĝon kaj temperaturtransiron". Tamen, la temperaturdistribuo en faktaj pakaĵoj estas malproksima de tio, kio okazas en la reala mondo. Pli kaj pli da klientoj volas fari sistemnivelan testadon frue ĉar ili komprenas ĉi tiun situacion, kvankam ne ĉiuj konscias pri ĝi. Simulada teknologio ankaŭ ludas rolon ĉi tie. Se oni estas sperta pri termo-mekanika kombinita simulado, analizi problemojn fariĝas pli facila ĉar ili scias, sur kiuj aspektoj fokusiĝi dum testado. Sistemnivela testado kaj simulada teknologio kompletigas unu la alian. Tamen, ĉi tiu tendenco estas ankoraŭ en siaj fruaj stadioj.
Ĉu estas pli da termikaj problemoj por trakti ĉe maturaj teknologiaj nodoj ol en la pasinteco?
Otte: Jes, sed en la lastaj kelkaj jaroj, problemoj pri koplanareco fariĝis pli kaj pli elstaraj. Ni vidas 5 000 ĝis 10 000 kuprajn kolonojn sur ĉipo, interspacigitajn inter 50 mikrometroj kaj 127 mikrometroj. Se vi atente ekzamenos la koncernajn datumojn, vi trovos, ke meti ĉi tiujn kuprajn kolonojn sur la substraton kaj plenumi varmigajn, malvarmigajn kaj refluajn lutajn operaciojn postulas atingi ĉirkaŭ unu parton en cent mil da koplanareca precizeco. Unu parto en cent mil da precizeco estas kiel trovi herberon ene de la longo de futbalkampo. Ni aĉetis kelkajn alt-efikecajn Keyence-ilojn por mezuri la platecon de la ĉipo kaj substrato. Kompreneble, la sekva demando estas kiel kontroli ĉi tiun misforman fenomenon dum la reflua luta ciklo? Ĉi tio estas urĝa problemo, kiun oni devas trakti.
Chen: Mi memoras diskutojn pri Ponte Vecchio, kie ili uzis malalttemperaturan lutaĵon pro kunmetaj konsideroj anstataŭ pro rendimentaj kialoj.
Ĉar ĉiuj proksimaj cirkvitoj ankoraŭ havas termikajn problemojn, kiel fotoniko devus esti integrita en ĉi tion?
Roosendaal: Termika simulado devas esti farita por ĉiuj aspektoj, kaj altfrekvenca ekstraktado ankaŭ estas necesa ĉar la enirantaj signaloj estas altfrekvencaj signaloj. Tial, aferoj kiel impedanca akordigo kaj ĝusta terkonekto devas esti traktataj. Povas esti signifaj temperaturgradientoj, kiuj povas ekzisti ene de la ŝimo mem aŭ inter tio, kion ni nomas la "E" ŝimo (elektra ŝimo) kaj la "P" ŝimo (fotona ŝimo). Mi scivolas, ĉu ni bezonas pliprofundiĝi en la termikajn karakterizaĵojn de gluaĵoj.
Tio levas diskutojn pri ligmaterialoj, ilia elekto kaj stabileco laŭlonge de la tempo. Estas evidente, ke hibrida ligteknologio jam estis aplikita en la reala mondo, sed ĝi ankoraŭ ne estis uzata por amasproduktado. Kia estas la nuna stato de ĉi tiu teknologio?
Kelly: Ĉiuj partioj en la provizoĉeno atentas hibridan ligteknologion. Nuntempe, ĉi tiun teknologion ĉefe gvidas fandejoj, sed OSAT-kompanioj (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) ankaŭ serioze studas ĝiajn komercajn aplikojn. Klasikaj kupraj hibridaj dielektrikaj ligkomponantoj spertis longdaŭran validigon. Se pureco povas esti kontrolita, ĉi tiu procezo povas produkti tre fortikajn komponantojn. Tamen, ĝi havas ekstreme altajn purecpostulojn, kaj la kapitalekipaĵkostoj estas tre altaj. Ni spertis fruajn aplikajn provojn en la Ryzen-produktserio de AMD, kie plejparto de la SRAM uzis kupran hibridan ligteknologion. Tamen, mi ne vidis multajn aliajn klientojn apliki ĉi tiun teknologion. Kvankam ĝi estas sur la teknologiaj vojmapoj de multaj kompanioj, ŝajnas, ke daŭros kelkajn pliajn jarojn por ke la rilataj ekipaĵaroj plenumu sendependajn purecpostulojn. Se ĝi povas esti aplikita en fabrika medio kun iomete pli malalta pureco ol tipa obletfabriko, kaj se pli malaltaj kostoj povas esti atingitaj, tiam eble ĉi tiu teknologio ricevos pli da atento.
Chen: Laŭ miaj statistikoj, almenaŭ 37 artikoloj pri hibrida ligado estos prezentitaj ĉe la ECTC-konferenco de 2024. Ĉi tiu procezo postulas multan sperton kaj implikas signifan kvanton da fajnaj operacioj dum la muntado. Do ĉi tiu teknologio certe vidos vastan aplikon. Jam ekzistas kelkaj aplikaj kazoj, sed estontece ĝi fariĝos pli ofta en diversaj kampoj.
Kiam vi mencias "bonajn operaciojn", ĉu vi aludas la bezonon de signifa financa investo?
Chen: Kompreneble, ĝi inkluzivas tempon kaj sperton. Plenumi ĉi tiun operacion postulas tre puran medion, kio necesigas financan investon. Ĝi ankaŭ postulas rilatan ekipaĵon, kiu simile postulas financadon. Do tio implicas ne nur funkciajn kostojn, sed ankaŭ investon en instalaĵojn.
Kelly: En kazoj kun interspaco de 15 mikrometroj aŭ pli granda, ekzistas signifa intereso pri uzado de kupraj kolonoj kun interplektitaj oblate-al-oblate-teknologio. Ideale, la oblate-al-oblate estas plataj, kaj la ĉipgrandecoj ne estas tre grandaj, permesante altkvalitan refluadon por iuj el ĉi tiuj interspacoj. Kvankam ĉi tio prezentas kelkajn defiojn, ĝi estas multe malpli multekosta ol decidi pri kupra hibrida ligteknologio. Tamen, se la precizeco-postulo estas 10 mikrometroj aŭ malpli, la situacio ŝanĝiĝas. Firmaoj uzantaj ĉipstakigan teknologion atingos unu-ciferajn mikronajn interspacojn, kiel ekzemple 4 aŭ 5 mikrometrojn, kaj ne ekzistas alternativo. Tial, la koncerna teknologio neeviteble disvolviĝos. Tamen, ekzistantaj teknologioj ankaŭ konstante pliboniĝas. Do nun ni fokusiĝas pri la limoj, ĝis kiuj kupraj kolonoj povas etendiĝi, kaj ĉu ĉi tiu teknologio daŭros sufiĉe longe por ke klientoj prokrastu ĉiujn investojn en dezajno kaj "kvalifikado" en vera kupra hibrida ligteknologio.
Chen: Ni nur adoptos koncernajn teknologiojn kiam estos postulo.
Ĉu estas multaj novaj evoluoj en la kampo de epoksiaj muldaj kunmetaĵoj nuntempe?
Kelly: Muldaj kombinaĵoj spertis signifajn ŝanĝojn. Ilia CTE (koeficiento de termika ekspansio) estis multe reduktita, igante ilin pli favoraj por koncernaj aplikoj el premo-perspektivo.
Otte: Revenante al nia antaŭa diskuto, kiom da duonkonduktaĵaj blatoj estas nuntempe fabrikataj kun interspaco de 1 aŭ 2 mikrometroj?
Kelly: Signifa proporcio.
Chen: Verŝajne malpli ol 1%.
Otte: Do la teknologio, kiun ni diskutas, ne estas ĉefa. Ĝi ne estas en la esplora fazo, ĉar gvidaj kompanioj efektive aplikas ĉi tiun teknologion, sed ĝi estas multekosta kaj havas malaltajn rendimentojn.
Kelly: Ĉi tio estas ĉefe aplikata en alt-efikeca komputado. Nuntempe, ĝi estas uzata ne nur en datumcentroj sed ankaŭ en altkvalitaj komputiloj kaj eĉ kelkaj porteblaj aparatoj. Kvankam ĉi tiuj aparatoj estas relative malgrandaj, ili tamen havas altan rendimenton. Tamen, en la pli larĝa kunteksto de procesoroj kaj CMOS-aplikoj, ĝia proporcio restas relative malgranda. Por ordinaraj ĉipproduktantoj, ne necesas adopti ĉi tiun teknologion.
Otte: Tial estas surprize vidi ĉi tiun teknologion eniri la aŭtomobilan industrion. Aŭtoj ne bezonas ke ĉipoj estu ekstreme malgrandaj. Ili povas resti ĉe 20 aŭ 40 nanometraj procezoj, ĉar la kosto por transistoro en duonkonduktaĵoj estas plej malalta ĉe ĉi tiu procezo.
Kelly: Tamen, la komputilaj postuloj por ADAS aŭ aŭtonoma veturado estas la samaj kiel tiuj por AI-komputiloj aŭ similaj aparatoj. Tial, la aŭtomobila industrio ja bezonas investi en ĉi tiujn pintnivelajn teknologiojn.
Se la produkta ciklo estas kvin jaroj, ĉu la adopto de novaj teknologioj povus etendi la avantaĝon por pliaj kvin jaroj?
Kelly: Tio estas tre racia punkto. La aŭtomobila industrio havas alian vidpunkton. Konsideru simplajn servoregilojn aŭ relative simplajn analogajn aparatojn, kiuj ekzistas jam 20 jarojn kaj estas tre malmultekostaj. Ili uzas malgrandajn ĉipojn. Homoj en la aŭtomobila industrio volas daŭre uzi ĉi tiujn produktojn. Ili nur volas investi en tre altkvalitajn komputilajn aparatojn kun ciferecaj malgrandaj ĉipoj kaj eble pariĝi ilin kun malaltkostaj analogaj ĉipoj, fulmmemoro kaj RF-ĉipoj. Por ili, la modelo de malgranda ĉipo havas multan sencon, ĉar ili povas konservi multajn malaltkostajn, stabilajn, pli malnovajn generaciajn partojn. Ili nek volas ŝanĝi ĉi tiujn partojn nek bezonas. Tiam, ili nur bezonas aldoni altkvalitan 5-nanometran aŭ 3-nanometran malgrandan ĉipon por plenumi la funkciojn de la ADAS-parto. Fakte, ili aplikas diversajn specojn de malgrandaj ĉipoj en unu produkto. Male al la komputilaj kaj komputaj kampoj, la aŭtomobila industrio havas pli diversan gamon da aplikoj.
Chen: Krome, ĉi tiuj ĉipoj ne devas esti instalitaj apud la motoro, do la mediaj kondiĉoj estas relative pli bonaj.
Kelly: La ĉirkaŭa temperaturo en aŭtoj estas sufiĉe alta. Tial, eĉ se la povumo de la ĉipo ne estas aparte alta, la aŭtomobila industrio devas investi iom da mono en bonajn termikaj mastrumadajn solvojn kaj eĉ povus konsideri la uzon de indiaj TIM (termikaj interfacaj materialoj), ĉar la mediaj kondiĉoj estas tre severaj.
Afiŝtempo: 28-a de aprilo 2025