Örflöguiðnaðurinn í bílum er að ganga í gegnum breytingar
Nýlega ræddi verkfræðiteymið í hálfleiðurum smáflögur, blendingstengi og ný efni við Michael Kelly, varaforseta smáflögu Amkor og FCBGA-samþættingar. Einnig tóku þátt í umræðunni William Chen, rannsakandi hjá ASE, Dick Otte, forstjóri Promex Industries, og Sander Roosendaal, rannsóknar- og þróunarstjóri Synopsys Photonics Solutions. Hér að neðan eru útdrættir úr þessari umræðu.
Í mörg ár var þróun örgjörva fyrir bíla ekki leiðandi í greininni. Hins vegar, með tilkomu rafknúinna ökutækja og þróun háþróaðra upplýsinga- og afþreyingarkerfa, hefur þessi staða breyst verulega. Hvaða vandamál hefur þú tekið eftir?
Kelly: Háþróuð ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) krefjast örgjörva með 5 nanómetra ferli eða minna til að vera samkeppnishæf á markaðnum. Þegar komið er inn í 5 nanómetra ferlið þarf að taka tillit til kostnaðar við skífur, sem leiðir til þess að íhuga þarf vandlega lausnir með litla örgjörva, þar sem erfitt er að framleiða stóra örgjörva með 5 nanómetra ferlinu. Að auki er afköstin lág, sem leiðir til afar mikils kostnaðar. Þegar kemur að 5 nanómetra eða flóknari ferlum íhuga viðskiptavinir yfirleitt að velja hluta af 5 nanómetra örgjörvanum frekar en að nota allan örgjörvann, en auka fjárfestingu í umbúðastiginu. Þeir gætu hugsað: "Væri hagkvæmari kostur að ná tilskildum árangri á þennan hátt, frekar en að reyna að klára allar aðgerðir í stærri örgjörva?" Svo já, háþróuð bílafyrirtæki eru örugglega að fylgjast með smáörgatækni. Leiðandi fyrirtæki í greininni fylgjast náið með þessu. Í samanburði við tölvuiðnaðinn er bílaiðnaðurinn líklega 2 til 4 árum á eftir í notkun smáörgatækni, en þróunin fyrir notkun hennar í bílaiðnaðinum er skýr. Bílaiðnaðurinn gerir afar strangar kröfur um áreiðanleika, þannig að áreiðanleiki smáflögutækni verður að sanna. Hins vegar er stórfelld notkun smáflögutækni í bílaiðnaðinum örugglega á leiðinni.
Chen: Ég hef ekki tekið eftir neinum verulegum hindrunum. Ég held að þetta snúist frekar um að þurfa að læra og skilja viðeigandi vottunarkröfur ítarlega. Þetta nær aftur til mælifræðinnar. Hvernig framleiðum við pakka sem uppfylla afar ströngustu bílastaðlana? En það er víst að viðeigandi tækni er í stöðugri þróun.
Í ljósi þeirra fjölmörgu hitauppstreymisvandamála og flækjustigs sem tengjast fjölþátta íhlutum, verða til nýjar álagsprófunarsnið eða mismunandi gerðir prófana? Geta núverandi JEDEC staðlar náð yfir slík samþætt kerfi?
Chen: Ég tel að við þurfum að þróa ítarlegri greiningaraðferðir til að bera kennsl á upptök bilana með skýrum hætti. Við höfum rætt um að sameina mælifræði og greiningu og við berum ábyrgð á að finna út hvernig hægt er að smíða traustari umbúðir, nota hágæða efni og ferla og sannreyna þær.
Kelly: Nú til dags erum við að framkvæma dæmisögur með viðskiptavinum sem hafa lært eitthvað af kerfisstigsprófunum, sérstaklega hitastigsáhrifaprófunum í virkniprófunum á borðum, sem er ekki fjallað um í JEDEC-prófunum. JEDEC-prófanir eru einfaldlega hitaprófanir sem fela í sér „hitahækkun, lækkun og hitastigsbreytingar“. Hins vegar er hitastigsdreifingin í raunverulegum pakkningum langt frá því sem gerist í hinum raunverulega heimi. Fleiri og fleiri viðskiptavinir vilja framkvæma kerfisstigsprófanir snemma vegna þess að þeir skilja þessa stöðu, þó ekki allir séu meðvitaðir um hana. Hermunartækni gegnir einnig hlutverki hér. Ef maður er fær í varma- og vélrænni samsetningu hermunar verður greining vandamála auðveldari vegna þess að maður veit hvaða þætti á að einbeita sér að við prófanir. Kerfisstigsprófanir og hermunartækni bæta hvor aðra upp. Þessi þróun er þó enn á frumstigi.
Eru fleiri hitavandamál sem þarf að taka á á þroskuðum tæknihnútum en áður?
Otte: Já, en á síðustu tveimur árum hafa vandamál varðandi samhliða lóðun orðið sífellt áberandi. Við sjáum 5.000 til 10.000 koparstólpa á örgjörva, með bilinu 50 míkron til 127 míkron í sundur. Ef þú skoðar viðeigandi gögn vel muntu komast að því að það að setja þessa koparstólpa á undirlagið og framkvæma hitun, kælingu og endurlóðun krefst þess að ná um það bil einum hluta af hundrað þúsund nákvæmni í samhliða lóðun. Einn hluti af hundrað þúsund nákvæmni er eins og að finna grasstrá innan lengdar fótboltavallar. Við höfum keypt nokkur öflug Keyence verkfæri til að mæla flatneskju örgjörvans og undirlagsins. Að sjálfsögðu er spurningin sem fylgir hvernig á að stjórna þessu aflögunarfyrirbæri meðan á endurlóðun stendur? Þetta er áríðandi mál sem þarf að taka á.
Chen: Ég man eftir umræðum um Ponte Vecchio, þar sem þeir notuðu lághitalóð vegna samsetningarástæðum frekar en afkasta.
Þar sem allar rafrásir í nágrenninu eiga enn við hitavandamál að stríða, hvernig ætti að samþætta ljósfræði inn í þetta?
Roosendaal: Hitahermun þarf að framkvæma fyrir alla þætti og hátíðniútdráttur er einnig nauðsynlegur því merkin sem koma inn eru hátíðnimerki. Þess vegna þarf að taka á málum eins og viðnámsjöfnun og réttri jarðtengingu. Það geta verið verulegir hitastigsmunur, sem getur verið til staðar innan sjálfs mótsins eða á milli þess sem við köllum „E“ mótið (rafmótið) og „P“ mótið (ljósmótið). Ég er forvitinn hvort við þurfum að kafa dýpra í hitaeiginleika líma.
Þetta vekur upp umræður um límefni, val þeirra og stöðugleika með tímanum. Það er augljóst að tækni sem notuð er til að búa til blönduð lím hefur verið notuð í hinum raunverulega heimi en ekki enn verið notuð til fjöldaframleiðslu. Hver er núverandi staða þessarar tækni?
Kelly: Allir aðilar í framboðskeðjunni eru að fylgjast með tækni sem kallast blendingstengi. Eins og er eru þessi tækni aðallega leidd af steypustöðvum, en fyrirtæki eins og OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) eru einnig að rannsaka viðskiptalega notkun hennar alvarlega. Klassískir koparblendingstengihlutir hafa verið prófaðir til langs tíma. Ef hægt er að stjórna hreinleika getur þetta ferli framleitt mjög sterka íhluti. Hins vegar eru kröfur um hreinlæti afar miklar og kostnaður við búnað er mjög hár. Við upplifðum fyrstu tilraunir með notkun í Ryzen vörulínu AMD, þar sem flestir SRAM notaðu koparblendingstengitækni. Hins vegar hef ég ekki séð marga aðra viðskiptavini nota þessa tækni. Þó að hún sé á tækniáætlunum margra fyrirtækja virðist sem það muni taka nokkur ár í viðbót fyrir tengda búnaðarsvítur að uppfylla kröfur um hreinlæti. Ef hægt er að nota hana í verksmiðjuumhverfi með aðeins minni hreinlæti en í dæmigerðri skífuframleiðslu, og ef hægt er að ná lægri kostnaði, þá gæti þessi tækni fengið meiri athygli.
Chen: Samkvæmt tölfræði minni verða að minnsta kosti 37 greinar um blendingstengi kynntar á ECTC ráðstefnunni 2024. Þetta er ferli sem krefst mikillar sérfræðiþekkingar og felur í sér töluvert magn af fínvinnslu við samsetningu. Þessi tækni mun því örugglega fá víðtæka notkun. Það eru þegar til nokkur dæmi um notkun, en í framtíðinni mun hún verða algengari á ýmsum sviðum.
Þegar þú nefnir „góðan rekstur“, átt þú þá við þörfina fyrir verulega fjárhagslega fjárfestingu?
Chen: Auðvitað felur þetta í sér tíma og sérfræðiþekkingu. Að framkvæma þessa aðgerð krefst mjög hreins umhverfis, sem krefst fjárhagslegrar fjárfestingar. Það krefst einnig tengds búnaðar, sem krefst einnig fjármagns. Þetta felur því ekki aðeins í sér rekstrarkostnað heldur einnig fjárfestingu í aðstöðu.
Kelly: Í tilvikum þar sem bilið er 15 míkron eða meira er mikill áhugi á að nota koparstólpa-skífu-í-skífu tækni. Helst eru skífurnar flatar og flísarstærðirnar ekki mjög stórar, sem gerir kleift að fá hágæða endurflæði fyrir sum þessara bila. Þó að þetta valdi ákveðnum áskorunum er það mun ódýrara en að skuldbinda sig til kopar-blendingstengingartækni. Hins vegar, ef nákvæmniskröfurnar eru 10 míkron eða lægri, breytist staðan. Fyrirtæki sem nota flísar-staflingstækni munu ná eins tölustafs míkron bili, svo sem 4 eða 5 míkron, og það er enginn annar kostur. Þess vegna mun viðeigandi tækni óhjákvæmilega þróast. Hins vegar er núverandi tækni einnig stöðugt að batna. Svo nú erum við að einbeita okkur að takmörkunum sem koparstólpar geta náð og hvort þessi tækni muni endast nógu lengi til að viðskiptavinir fresti öllum hönnunar- og „hæfni“ þróunarfjárfestingum í raunverulegri kopar-blendingstengingartækni.
Chen: Við munum aðeins taka upp viðeigandi tækni þegar eftirspurn er eftir henni.
Eru margar nýjar framfarir í epoxy-mótunarefnum núna?
Kelly: Mótunarefni hafa gengist undir verulegar breytingar. Varmaþenslustuðullinn (CTE) þeirra hefur minnkað verulega, sem gerir þau hagstæðari fyrir viðeigandi notkun hvað varðar þrýsting.
Otte: Til að snúa aftur að fyrri umræðu okkar, hversu margar hálfleiðaraflísar eru framleiddar nú með 1 eða 2 míkron bili?
Kelly: Verulegur hluti.
Chen: Líklega minna en 1%.
Otte: Tæknin sem við erum að ræða er því ekki almenn. Hún er ekki á rannsóknarstigi, þar sem leiðandi fyrirtæki eru vissulega að nota þessa tækni, en hún er dýr og skilar litlum ávöxtun.
Kelly: Þetta er aðallega notað í háafkastatölvum. Nú til dags er það ekki aðeins notað í gagnaverum heldur einnig í háþróuðum tölvum og jafnvel sumum handtölvum. Þó að þessi tæki séu tiltölulega lítil, þá eru þau samt afkastamikil. Hins vegar, í víðara samhengi örgjörva og CMOS forrita, er hlutfallið enn tiltölulega lítið. Fyrir venjulega örgjörvaframleiðendur er engin þörf á að taka upp þessa tækni.
Otte: Þess vegna kemur það á óvart að sjá þessa tækni koma inn í bílaiðnaðinn. Bílar þurfa ekki að örgjörvar séu afar smáir. Þeir geta verið haldnir í 20 eða 40 nanómetra ferlum, þar sem kostnaðurinn á hvern smára í hálfleiðurum er lægstur í þessari aðferð.
Kelly: Hins vegar eru reiknikröfurnar fyrir sjálfkeyrandi akstur (ADAS) þær sömu og fyrir tölvur með gervigreind eða svipuð tæki. Þess vegna þarf bílaiðnaðurinn að fjárfesta í þessari nýjustu tækni.
Ef framleiðsluferlið er fimm ár, gæti þá innleiðing nýrrar tækni lengt forskotið um önnur fimm ár?
Kelly: Þetta er mjög rökrétt sjónarmið. Bílaiðnaðurinn hefur aðra sýn. Hugleiddu einfalda servóstýringar eða tiltölulega einföld hliðræn tæki sem hafa verið til í 20 ár og eru mjög ódýr. Þau nota litla örgjörva. Fólk í bílaiðnaðinum vill halda áfram að nota þessar vörur. Það vill aðeins fjárfesta í mjög háþróuðum tölvubúnaði með stafrænum litlum örgjörvum og hugsanlega para þá við ódýrar hliðrænar örgjörva, glampaminni og RF örgjörva. Fyrir þá er litlu örgjörvalíkanið mjög skynsamlegt því þeir geta haldið mörgum ódýrum, stöðugum, eldri kynslóðarhlutum. Þeir vilja hvorki breyta þessum hlutum né þurfa að gera það. Síðan þurfa þeir bara að bæta við háþróaðri 5-nanómetra eða 3-nanómetra litlum örgjörva til að uppfylla virkni ADAS hlutans. Reyndar eru þeir að nota ýmsar gerðir af litlum örgjörvum í einni vöru. Ólíkt tölvu- og tölvusviðinu hefur bílaiðnaðurinn fjölbreyttara úrval af notkunarmöguleikum.
Chen: Þar að auki þarf ekki að setja þessa flís upp við hliðina á vélinni, þannig að umhverfisaðstæðurnar eru tiltölulega betri.
Kelly: Umhverfishitastig bíla er nokkuð hátt. Þess vegna, jafnvel þótt afl örgjörvans sé ekki sérstaklega hátt, verður bílaiðnaðurinn að fjárfesta í góðum lausnum fyrir hitastjórnun og gæti jafnvel íhugað að nota indíum TIM (hitaviðmótsefni) vegna þess að umhverfisaðstæðurnar eru mjög erfiðar.
Birtingartími: 28. apríl 2025