Автомобиль чиптері индустриясы өзгерістерге ұшырауда
Жақында жартылай өткізгішті инженерлік топ Amkor шағын чипі мен FCBGA интеграциясының вице-президенті Майкл Келлимен шағын чиптерді, гибридті байланыстыруды және жаңа материалдарды талқылады. Сондай-ақ талқылауға ASE зерттеушісі Уильям Чен, Promex Industries бас директоры Дик Отте және Synopsys Photonics Solutions ғылыми-зерттеу жұмыстары жөніндегі директоры Сандер Руздаал қатысты. Төменде осы талқылаудан үзінділер берілген.
Көптеген жылдар бойы автомобиль чиптерін дамыту салада жетекші орынға ие болмады. Дегенмен, электр көліктерінің өсуімен және озық ақпараттық ойын-сауық жүйелерінің дамуымен бұл жағдай күрт өзгерді. Қандай мәселелерді байқадыңыз?
Келли: Жоғары деңгейлі ADAS (Driver Assistance Systems Advanced Advanced Driver Assistance Systems) нарықта бәсекеге қабілетті болу үшін 5 нанометрлік немесе одан кіші процессорларды талап етеді. 5 нанометрлік процеске кіргеннен кейін, вафли шығындарын ескеру керек, бұл шағын чип шешімдерін мұқият қарастыруға әкеледі, өйткені 5 нанометрлік процесте үлкен чиптерді өндіру қиын. Сонымен қатар, кірістілік төмен, бұл өте жоғары шығындарға әкеледі. 5 нанометрлік немесе одан да көп жетілдірілген процестермен жұмыс істегенде, тұтынушылар әдетте орау сатысына инвестицияны көбейте отырып, бүкіл чипті пайдаланбай, 5 нанометрлік чиптің бір бөлігін таңдауды қарастырады. Олар: «Үлкен чипте барлық функцияларды орындауға тырысқаннан гөрі, осылайша қажетті өнімділікке қол жеткізу тиімдірек опция болар ма еді?» деп ойлауы мүмкін. Сонымен, иә, жоғары деңгейлі автомобиль компаниялары шағын чиптер технологиясына міндетті түрде назар аударады. Саланың жетекші компаниялары мұны жіті бақылауда. Есептеу саласымен салыстырғанда, автомобиль өнеркәсібі шағын чиптер технологиясын қолданудан 2-4 жылға артта қалуы мүмкін, бірақ оны автомобиль секторында қолдану үрдісі айқын. Автомобиль өнеркәсібі сенімділікке өте жоғары талаптар қояды, сондықтан шағын чип технологиясының сенімділігі дәлелденуі керек. Дегенмен, шағын чип технологиясын автомобиль саласында кең ауқымды қолдану, әрине, жолда.
Чен: Мен ешқандай маңызды кедергі байқамадым. Менің ойымша, бұл сәйкес сертификаттау талаптарын тереңірек үйрену және түсіну қажеттілігі туралы көбірек. Бұл метрология деңгейіне қайта оралады. Өте қатаң автомобиль стандарттарына сәйкес келетін пакеттерді қалай жасаймыз? Бірақ тиісті технологияның үздіксіз дамып келе жатқаны сөзсіз.
Көп пішінді құрамдас бөліктермен байланысты көптеген термиялық мәселелер мен күрделіліктерді ескере отырып, жаңа стресс-тест профильдері немесе сынақтардың әртүрлі түрлері болады ма? Қазіргі JEDEC стандарттары осындай интеграцияланған жүйелерді қамтуы мүмкін бе?
Чен: Менің ойымша, ақаулардың көзін нақты анықтау үшін диагностиканың жан-жақты әдістерін әзірлеу керек. Біз метрологияны диагностикамен үйлестіруді талқыладық және біз сенімдірек пакеттерді қалай құруға, жоғары сапалы материалдар мен процестерді қолдануға және оларды тексеруге жауаптымыз.
Келли: Қазіргі уақытта біз жүйе деңгейіндегі тестілеуден, әсіресе JEDEC тестілеуінде қарастырылмаған функционалдық тақта сынақтарында температураға әсер ету сынағынан бірдеңе үйренген тұтынушылармен жағдайлық зерттеулер жүргіземіз. JEDEC сынағы - бұл «температураның көтерілуін, төмендеуін және температураның ауысуын» қамтитын изотермиялық сынақ. Дегенмен, нақты пакеттердегі температураның таралуы нақты әлемде болатыннан алыс. Жүйе деңгейіндегі тестілеуді ертерек өткізгісі келетін тұтынушылардың саны артып келеді, өйткені олар бұл жағдайды түсінеді, бірақ бұл туралы бәрі біле бермейді. Мұнда симуляциялық технология да рөл атқарады. Егер адам термиялық-механикалық комбинацияны модельдеуде білікті болса, мәселелерді талдау оңайырақ болады, өйткені олар тестілеу кезінде қандай аспектілерге назар аудару керектігін біледі. Жүйе деңгейіндегі тестілеу және модельдеу технологиясы бірін-бірі толықтырады. Дегенмен, бұл үрдіс әлі бастапқы кезеңдерінде.
Бұрынғыға қарағанда жетілген технология түйіндерінде шешуге болатын жылулық мәселелер бар ма?
Отте: Иә, бірақ соңғы бір-екі жылда бір-бірімен байланыс мәселелері барған сайын маңызды бола бастады. Біз чипте бір-бірінен 50 мкм мен 127 микрон аралығында орналасқан 5 000-нан 10 000 мыс бағандарды көреміз. Егер сіз тиісті деректерді мұқият зерттесеңіз, бұл мыс тіректерді субстратқа орналастыру және қыздыру, салқындату және қайта ағынды дәнекерлеу операцияларын орындау жүз мың бірдей дәлдіктің шамамен бір бөлігіне жетуді қажет ететінін көресіз. Жүз мың дәлдіктің бір бөлігі футбол алаңының ұзындығынан шөптің бір талын табумен бірдей. Біз чип пен субстраттың тегістігін өлшеу үшін жоғары өнімді Keyence құралдарын сатып алдық. Әрине, келесі сұрақ - қайта ағынды дәнекерлеу циклі кезінде бұл деформация құбылысын қалай басқаруға болады? Бұл шешуді қажет ететін өзекті мәселе.
Чен: Понте Веккио туралы талқылаулар есімде, олар өнімділік емес, құрастыру үшін төмен температуралы дәнекерлеуді пайдаланды.
Жақын маңдағы барлық тізбектерде әлі де жылу мәселелері бар екенін ескере отырып, фотониканы бұған қалай біріктіру керек?
Roosendaal: Термиялық модельдеу барлық аспектілер үшін жүргізілуі керек, сонымен қатар жоғары жиілікті экстракция қажет, себебі енетін сигналдар жоғары жиілікті сигналдар болып табылады. Сондықтан кедергілерді сәйкестендіру және дұрыс жерге қосу сияқты мәселелерді шешу қажет. Матрицаның өзінде немесе біз «E» матрицаны (электрлік матрица) және «Р» матрицаны (фотонды) деп атайтындар арасында маңызды температура градиенттері болуы мүмкін. Мен желімдердің термиялық сипаттамаларына тереңірек үңілу керек пе деген қызық.
Бұл байланыстыру материалдары, оларды таңдау және уақыт бойынша тұрақтылық туралы талқылауларды тудырады. Гибридті байланыстыру технологиясы нақты әлемде қолданылғаны анық, бірақ ол әлі жаппай өндіріс үшін пайдаланылмаған. Бұл технологияның қазіргі жағдайы қандай?
Келли: Жеткізу тізбегіндегі барлық тараптар гибридті байланыстыру технологиясына назар аударады. Қазіргі уақытта бұл технологияны негізінен құю зауыттары басқарады, бірақ OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) компаниялары да оның коммерциялық қосымшаларын мұқият зерттеп жатыр. Классикалық мыс гибридті диэлектрлік байланыстырушы компоненттер ұзақ мерзімді валидациядан өтті. Тазалықты бақылау мүмкін болса, бұл процесс өте берік құрамдастарды шығаруы мүмкін. Дегенмен, оның тазалық талаптары өте жоғары, ал күрделі жабдықтың құны өте жоғары. Біз SRAM-дің көпшілігінде мыс гибридті байланыс технологиясын пайдаланатын AMD Ryzen өнім желісінде ертерек қолдану әрекеттерін бастан өткердік. Дегенмен, мен бұл технологияны қолданатын көптеген басқа тұтынушыларды көрмедім. Бұл көптеген компаниялардың технологиялық жол карталарында болса да, тиісті жабдық жиынтығы тәуелсіз тазалық талаптарына сай болуы үшін тағы бірнеше жыл қажет сияқты. Егер оны зауыттық ортада кәдімгі вафли фабрикасына қарағанда тазалығы сәл төменірек қолдануға болатын болса және төмен шығындарға қол жеткізуге болатын болса, онда бұл технологияға көбірек көңіл бөлінуі мүмкін.
Чен: Менің статистикам бойынша, 2024 жылғы ECTC конференциясында гибридті байланыс туралы кем дегенде 37 мақала ұсынылады. Бұл үлкен тәжірибені қажет ететін және құрастыру кезінде айтарлықтай мөлшердегі ұсақ операцияларды қажет ететін процесс. Сондықтан бұл технология кең таралған қолданбаны көретіні сөзсіз. Қолдану жағдайлары қазірдің өзінде бар, бірақ болашақта ол әртүрлі салаларда көбірек таралатын болады.
Сіз «жақсы операциялар» туралы айтқан кезде, сіз елеулі қаржылық инвестиция қажеттігін меңзейсіз бе?
Чен: Әрине, оған уақыт пен тәжірибе кіреді. Бұл операцияны орындау өте таза ортаны қажет етеді, бұл қаржылық инвестицияны қажет етеді. Ол сондай-ақ қаржыландыруды қажет ететін тиісті жабдықты қажет етеді. Демек, бұл операциялық шығындарды ғана емес, сонымен қатар нысандарға инвестицияны да қамтиды.
Келли: 15 микрон немесе одан да үлкен аралықта мыс бағаналы вафли технологиясын қолдануға үлкен қызығушылық бар. Ең дұрысы, пластиналар тегіс және чип өлшемдері онша үлкен емес, бұл кейбір аралықтар үшін жоғары сапалы қайта ағынды жасауға мүмкіндік береді. Бұл кейбір қиындықтарды тудырса да, бұл мыс гибридті байланыстыру технологиясын қабылдауға қарағанда әлдеқайда арзанырақ. Дегенмен, дәлдік талабы 10 микрон немесе одан төмен болса, жағдай өзгереді. Чиптерді жинақтау технологиясын пайдаланатын компаниялар 4 немесе 5 микрон сияқты бір сандық микрон аралықтарына қол жеткізеді және балама жоқ. Сондықтан тиісті технология сөзсіз дамиды. Дегенмен, қолданыстағы технологиялар да үздіксіз жетілдірілуде. Сондықтан қазір біз мыс тіректерін кеңейте алатын шектеулерге және бұл технология тұтынушыларға шынайы мыс гибридті байланыс технологиясына барлық дизайн және «біліктілік» дамытуға инвестицияларды кейінге қалдыру үшін жеткілікті ұзақ уақытқа созылатынына назар аударамыз.
Чен: Сұраныс болған кезде ғана тиісті технологияларды қабылдаймыз.
Қазіргі уақытта эпоксидті қалыптау қоспасы саласында көптеген жаңа әзірлемелер бар ма?
Келли: Қалыптау қосылыстары елеулі өзгерістерге ұшырады. Олардың CTE (жылулық кеңею коэффициенті) айтарлықтай төмендетілді, бұл оларды қысым тұрғысынан сәйкес қолданбалар үшін қолайлы етеді.
Отте: Алдыңғы талқылауымызға оралсақ, қазіргі уақытта 1 немесе 2 микрон аралықпен қанша жартылай өткізгіш микросхемалар өндірілген?
Келли: Айтарлықтай үлес.
Чен: 1%-дан аз шығар.
Отте: Сондықтан біз талқылап жатқан технология негізгі емес. Бұл зерттеу сатысында емес, өйткені жетекші компаниялар бұл технологияны шынымен қолдануда, бірақ ол қымбат және төмен кірісті.
Келли: Бұл негізінен өнімділігі жоғары есептеулерде қолданылады. Қазіргі уақытта ол деректер орталықтарында ғана емес, сонымен қатар жоғары деңгейлі компьютерлерде және тіпті кейбір портативті құрылғыларда қолданылады. Бұл құрылғылар салыстырмалы түрде шағын болғанымен, олар әлі де жоғары өнімділікке ие. Дегенмен, процессорлар мен CMOS қосымшаларының кең контекстінде оның үлесі салыстырмалы түрде аз болып қалады. Қарапайым чип өндірушілер үшін бұл технологияны қабылдаудың қажеті жоқ.
Отте: Сондықтан бұл технологияның автомобиль өнеркәсібіне енуі таң қалдырады. Автомобильдерге өте кішкентай болу үшін чиптер қажет емес. Олар 20 немесе 40 нанометрлік процестерде қалуы мүмкін, өйткені жартылай өткізгіштердегі транзистордың құны бұл процесте ең төмен.
Келли: Дегенмен, ADAS немесе автономды жүргізуге арналған есептеу талаптары AI компьютерлеріне немесе ұқсас құрылғыларға қойылатын талаптармен бірдей. Сондықтан автомобиль өнеркәсібі осы озық технологияларға инвестиция салуы керек.
Егер өнім циклі бес жыл болса, жаңа технологияларды қабылдау артықшылықты тағы бес жылға ұзарта ала ма?
Келли: Бұл өте орынды пікір. Автокөлік өнеркәсібінің тағы бір қыры бар. Қарапайым сервоконтроллерлерді немесе 20 жыл бойы бар және өте төмен құны бар салыстырмалы түрде қарапайым аналогтық құрылғыларды қарастырайық. Олар шағын чиптерді пайдаланады. Автокөлік өнеркәсібіндегі адамдар осы өнімдерді пайдалануды жалғастырғысы келеді. Олар тек сандық шағын чиптері бар өте жоғары деңгейлі есептеуіш құрылғыларға инвестиция салғысы келеді және оларды арзан аналогтық чиптермен, флэш-жадпен және RF чиптерімен жұптастыруға болады. Олар үшін шағын чип үлгісі өте мағыналы, өйткені олар көптеген арзан, тұрақты, ескі ұрпақ бөлшектерін сақтай алады. Олар бұл бөліктерді өзгерткісі келмейді және қажет емес. Содан кейін олар ADAS бөлігінің функцияларын орындау үшін жоғары сапалы 5 нанометрлік немесе 3 нанометрлік шағын чипті қосу керек. Шын мәнінде, олар бір өнімде әртүрлі ұсақ чиптерді қолданады. ДК және есептеу өрістерінен айырмашылығы, автомобиль өнеркәсібінде қосымшалардың алуан түрлілігі бар.
Чен: Сонымен қатар, бұл чиптерді қозғалтқыштың жанында орнатудың қажеті жоқ, сондықтан қоршаған орта жағдайлары салыстырмалы түрде жақсырақ.
Келли: Көліктердегі қоршаған ортаның температурасы өте жоғары. Сондықтан, чиптің қуаты ерекше жоғары болмаса да, автомобиль өнеркәсібі жақсы жылуды басқару шешімдеріне біраз қаражат салуы керек және тіпті қоршаған орта жағдайлары өте қатал болғандықтан индий TIM (жылу интерфейсі материалдары) пайдалануды қарастыруы мүмкін.
Жіберу уақыты: 28 сәуір-2025 ж