Аўтамабільная чып-індустрыя перажывае змены
Нядаўна каманда паўправадніковых інжынераў абмеркавала невялікія чыпы, гібрыдныя сувязі і новыя матэрыялы з Майклам Келі, віцэ-прэзідэнтам Amkor па інтэграцыі невялікіх чыпаў і FCBGA. У дыскусіі таксама прынялі ўдзел даследчык ASE Уільям Чэн, генеральны дырэктар Promex Industries Дзік Отэ і Сандэр Розендал, дырэктар па даследаваннях і распрацоўках Synopsys Photonics Solutions. Ніжэй прыведзены ўрыўкі з гэтай дыскусіі.
На працягу многіх гадоў распрацоўка аўтамабільных чыпаў не займала вядучых пазіцый у галіне. Аднак з ростам папулярнасці электрамабіляў і развіццём перадавых інфармацыйна-забаўляльных сістэм гэтая сітуацыя кардынальна змянілася. Якія праблемы вы заўважылі?
Келі: Для таго, каб высакаякасныя сістэмы дапамогі кіроўцу (ADAS) былі канкурэнтаздольнымі на рынку, патрабуюцца працэсары з 5-нанаметровым тэхапрацэсам або менш. Пасля пераходу на 5-нанаметровы тэхапрацэс неабходна ўлічваць кошт пласцін, што прыводзіць да ўважлівага разгляду рашэнняў з малымі чыпамі, бо вырабляць вялікія чыпы па 5-нанаметровым тэхапрацэсе складана. Акрамя таго, выхад прадукцыі нізкі, што прыводзіць да надзвычай высокіх выдаткаў. Пры выкарыстанні 5-нанаметровых або больш складаных тэхапрацэсаў кліенты звычайна разглядаюць магчымасць выбару часткі 5-нанаметровага чыпа, а не выкарыстання ўсяго чыпа цалкам, павялічваючы пры гэтым інвестыцыі ў этап упакоўкі. Яны могуць падумаць: «Ці не будзе гэта больш эканамічна эфектыўным варыянтам дасягнення неабходнай прадукцыйнасці такім чынам, чым спроба выканаць усе функцыі ў большым чыпе?» Так, высакаякасныя аўтамабільныя кампаніі, безумоўна, звяртаюць увагу на тэхналогію малых чыпаў. Вядучыя кампаніі галіны ўважліва сочаць за гэтым. У параўнанні з вылічальнай прамысловасцю, аўтамабільная прамысловасць, верагодна, адстае на 2-4 гады ў прымяненні тэхналогіі малых чыпаў, але тэндэнцыя яе прымянення ў аўтамабільным сектары відавочная. Аўтамабільная прамысловасць мае надзвычай высокія патрабаванні да надзейнасці, таму надзейнасць тэхналогіі малых мікрасхем павінна быць даказаная. Аднак маштабнае прымяненне тэхналогіі малых мікрасхем у аўтамабільнай галіне, безумоўна, ужо ў разгары.
Чэнь: Я не заўважыў ніякіх істотных перашкод. Я думаю, што гэта хутчэй пра неабходнасць глыбокага вывучэння і разумення адпаведных патрабаванняў да сертыфікацыі. Гэта вяртаецца да ўзроўню метралогіі. Як нам вырабляць упакоўкі, якія адпавядаюць надзвычай строгім аўтамабільным стандартам? Але, безумоўна, адпаведная тэхналогія пастаянна развіваецца.
Улічваючы шматлікія праблемы з тэмпературай і складанасці, звязаныя з шматкрыштальнымі кампанентамі, ці з'явяцца новыя профілі стрэс-тэстаў або розныя тыпы тэстаў? Ці могуць цяперашнія стандарты JEDEC ахопліваць такія інтэграваныя сістэмы?
Чэнь: Я лічу, што нам трэба распрацаваць больш комплексныя метады дыягностыкі, каб дакладна вызначыць крыніцу няспраўнасцей. Мы абмеркавалі спалучэнне метралогіі з дыягностыкай, і мы нясем адказнасць за тое, каб высветліць, як ствараць больш надзейныя корпусы, выкарыстоўваць больш якасныя матэрыялы і працэсы, а таксама правяраць іх.
Келі: У наш час мы праводзім тэматычныя даследаванні з кліентамі, якія атрымалі нейкія веды з тэставання на ўзроўні сістэмы, асабліва тэставання на ўздзеянне тэмпературы ў функцыянальных тэстах плат, што не ахопліваецца тэставаннем JEDEC. Тэставанне JEDEC — гэта проста ізатэрмічнае тэставанне, якое ўключае «павышэнне, падзенне і пераход тэмпературы». Аднак размеркаванне тэмпературы ў рэальных корпусах далёкае ад таго, што адбываецца ў рэальным свеце. Усё больш і больш кліентаў жадаюць праводзіць тэставанне на ўзроўні сістэмы на ранняй стадыі, таму што яны разумеюць гэтую сітуацыю, хоць не ўсе пра гэта ведаюць. Тэхналогія мадэлявання таксама адыгрывае тут сваю ролю. Калі чалавек валодае навыкамі камбінаванага цепла-механічнага мадэлявання, аналіз праблем становіцца прасцейшым, таму што ён ведае, на якіх аспектах засяродзіцца падчас тэставання. Тэставанне на ўзроўні сістэмы і тэхналогія мадэлявання дапаўняюць адзін аднаго. Аднак гэтая тэндэнцыя ўсё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі.
Ці ёсць больш праблем з цеплавымі працэсамі, якія трэба вырашаць на вузлах са сталымі тэхналогіямі, чым у мінулым?
Отэ: Так, але ў апошнія пару гадоў праблемы кампланарнасці сталі ўсё больш прыкметнымі. Мы бачым ад 5000 да 10 000 медных слупкоў на чыпе, размешчаных на адлегласці ад 50 да 127 мікрон адзін ад аднаго. Калі ўважліва вывучыць адпаведныя дадзеныя, можна выявіць, што для размяшчэння гэтых медных слупкоў на падкладцы і выканання аперацый награвання, астуджэння і паяння пайкай патрабуецца дасягненне дакладнасці кампланарнасці прыкладна ў адну долю на сто тысяч. Дакладнасць у адну долю на сто тысяч — гэта як знайсці травінку ў межах футбольнага поля. Мы набылі некалькі высокапрадукцыйных інструментаў Keyence для вымярэння плоскаснасці чыпа і падкладкі. Вядома, узнікае пытанне, як кантраляваць гэтую з'яву дэфармацыі падчас цыклу паяння пайкай пайкай? Гэта тэрміновая праблема, якую неабходна вырашыць.
Чэнь: Я памятаю дыскусіі пра Понтэ-Векк'ё, дзе яны выкарыстоўвалі нізкатэмпературны прыпой з меркаванняў зборкі, а не з меркаванняў прадукцыйнасці.
Улічваючы, што ўсе бліжэйшыя схемы ўсё яшчэ маюць праблемы з тэмпературай, як варта інтэграваць фатоніку ў гэта?
Розендал: Тэрмічнае мадэляванне неабходна праводзіць для ўсіх аспектаў, а таксама неабходная высокачастотная экстракцыя, таму што ўваходныя сігналы з'яўляюцца высокачастотнымі. Таму неабходна вырашыць такія праблемы, як супастаўленне імпедансу і належнае зазямленне. Могуць узнікнуць значныя градыенты тэмпературы, якія могуць існаваць унутры самога крышталя або паміж тым, што мы называем крышталем "E" (электрычны крышталь) і крышталем "P" (фатонны крышталь). Цікава, ці трэба нам больш падрабязна вывучаць цеплавыя характарыстыкі клеяў.
Гэта выклікае дыскусіі аб злучальных матэрыялах, іх выбары і стабільнасці з цягам часу. Відавочна, што тэхналогія гібрыднага злучэння ўжывалася ў рэальным свеце, але яна пакуль не выкарыстоўвалася для масавай вытворчасці. Які сучасны стан гэтай тэхналогіі?
Келі: Усе бакі ў ланцужку паставак звяртаюць увагу на тэхналогію гібрыднага злучэння. У цяперашні час гэтая тэхналогія ў асноўным выкарыстоўваецца ліцейнымі заводамі, але кампаніі OSAT (аўтсорсінг паўправадніковай зборкі і тэставання) таксама сур'ёзна вывучаюць яе камерцыйнае прымяненне. Класічныя кампаненты гібрыднага дыэлектрычнага злучэння медзі прайшлі доўгатэрміновую праверку. Калі чысціню можна кантраляваць, гэты працэс можа вырабляць вельмі трывалыя кампаненты. Аднак ён мае надзвычай высокія патрабаванні да чысціні, і капітальныя выдаткі на абсталяванне вельмі высокія. Мы назіралі раннія спробы прымянення ў лінейцы прадуктаў AMD Ryzen, дзе ў большасці SRAM выкарыстоўвалася тэхналогія гібрыднага злучэння медзі. Аднак я не бачыў шмат іншых кліентаў, якія ўжываюць гэтую тэхналогію. Нягледзячы на тое, што яна знаходзіцца ў тэхналагічных дарожных картах многіх кампаній, здаецца, што спатрэбіцца яшчэ некалькі гадоў, каб адпаведныя камплекты абсталявання адпавядалі незалежным патрабаванням да чысціні. Калі яе можна будзе ўжываць у заводскім асяроддзі з крыху меншай чысцінёй, чым на тыповай вытворчасці пласцін, і калі можна будзе дасягнуць больш нізкіх выдаткаў, то, магчыма, гэтай тэхналогіі будзе нададзена больш увагі.
Чэнь: Згодна з маёй статыстыкай, на канферэнцыі ECTC 2024 года будзе прадстаўлена як мінімум 37 дакладаў па гібрыдным злучэнні. Гэта працэс, які патрабуе шмат вопыту і ўключае значную колькасць тонкіх аперацый падчас зборкі. Такім чынам, гэтая тэхналогія, безумоўна, атрымае шырокае прымяненне. Ужо ёсць некаторыя выпадкі прымянення, але ў будучыні яна стане больш распаўсюджанай у розных галінах.
Калі вы згадваеце пра «вытанчаныя аперацыі», ці маеце вы на ўвазе неабходнасць значных фінансавых укладанняў?
Чэнь: Вядома, гэта патрабуе часу і вопыту. Для выканання гэтай аперацыі патрабуецца вельмі чыстае асяроддзе, што патрабуе фінансавых укладанняў. Для гэтага таксама патрабуецца адпаведнае абсталяванне, якое таксама патрабуе фінансавання. Такім чынам, гэта ўключае ў сябе не толькі эксплуатацыйныя выдаткі, але і інвестыцыі ў аб'екты.
Келі: У выпадках з адлегласцю паміж пласцінамі 15 мікрон і больш існуе значная цікавасць да выкарыстання тэхналогіі «пласціна-пласціна» з меднымі слупкамі. У ідэале пласціны плоскія, а памеры чыпаў не вельмі вялікія, што дазваляе забяспечваць якаснае паплаўленне для некаторых з гэтых адлегласцей. Хоць гэта стварае некаторыя праблемы, гэта значна танней, чым пераход на тэхналогію гібрыднага злучэння медзі. Аднак, калі патрабаванне да дакладнасці складае 10 мікрон і менш, сітуацыя змяняецца. Кампаніі, якія выкарыстоўваюць тэхналогію кладкі чыпаў, дасягнуць адназначных адлегласцей у мікронах, такіх як 4 або 5 мікрон, і альтэрнатывы няма. Такім чынам, адпаведная тэхналогія непазбежна будзе развівацца. Аднак існуючыя тэхналогіі таксама пастаянна ўдасканальваюцца. Таму зараз мы засяроджваемся на тым, да якіх межаў могуць распаўсюджвацца медныя слупы, і ці праслужыць гэтая тэхналогія дастаткова доўга, каб кліенты адклалі ўсе інвестыцыі ў праектаванне і «кваліфікацыйную» распрацоўку сапраўднай тэхналогіі гібрыднага злучэння медзі.
Чэнь: Мы будзем укараняць адпаведныя тэхналогіі толькі тады, калі на іх будзе попыт.
Ці шмат новых распрацовак у галіне эпаксідных фармовачных сумесяў у цяперашні час?
Келі: Фармовачныя сумесі зведалі значныя змены. Іх КТР (каэфіцыент цеплавога пашырэння) значна знізіўся, што з пункту гледжання ціску робіць іх больш спрыяльнымі для адпаведных ужыванняў.
Отэ: Вяртаючыся да нашай папярэдняй дыскусіі, колькі паўправадніковых чыпаў у цяперашні час вырабляецца з міжфазнай адлегласцю 1 ці 2 мікроны?
Кэлі: Значная доля.
Чэнь: Напэўна, менш за 1%.
Отэ: Такім чынам, тэхналогія, якую мы абмяркоўваем, не з'яўляецца мэйнстрымнай. Яна не знаходзіцца на стадыі даследаванняў, бо вядучыя кампаніі сапраўды ўжываюць гэтую тэхналогію, але яна дарагая і мае нізкую прыбытковасць.
Келі: Гэта ў асноўным ужываецца ў высокапрадукцыйных вылічэннях. У наш час яна выкарыстоўваецца не толькі ў цэнтрах апрацоўкі дадзеных, але і ў высокакласных ПК і нават у некаторых партатыўных прыладах. Нягледзячы на тое, што гэтыя прылады адносна невялікія, яны ўсё яшчэ маюць высокую прадукцыйнасць. Аднак у больш шырокім кантэксце працэсараў і CMOS-прыкладанняў іх доля застаецца адносна невялікай. Для звычайных вытворцаў мікрасхем няма неабходнасці ўкараняць гэтую тэхналогію.
Отэ: Таму дзіўна бачыць, як гэтая тэхналогія ўваходзіць у аўтамабільную прамысловасць. Аўтамабілям не патрэбныя надзвычай малыя чыпы. Яны могуць заставацца на 20- ці 40-нанаметровых працэсах, бо кошт аднаго транзістара ў паўправадніках пры гэтым працэсе самы нізкі.
Келі: Аднак патрабаванні да вылічальнай тэхнікі для сістэм кіравання аўтаномным кіраваннем (ADAS) такія ж, як і для ПК са штучным інтэлектам або падобных прылад. Таму аўтамабільнай прамысловасці сапраўды неабходна інвеставаць у гэтыя перадавыя тэхналогіі.
Калі цыкл прадукту складае пяць гадоў, ці можа ўкараненне новых тэхналогій падоўжыць перавагу яшчэ на пяць гадоў?
Келі: Гэта вельмі слушная думка. У аўтамабільнай прамысловасці ёсць іншы пункт гледжання. Разгледзім простыя сервакантролеры або адносна простыя аналагавыя прылады, якія існуюць ужо 20 гадоў і вельмі танныя. У іх выкарыстоўваюцца невялікія чыпы. Людзі ў аўтамабільнай прамысловасці хочуць працягваць выкарыстоўваць гэтыя прадукты. Яны хочуць інвеставаць толькі ў вельмі высакаякасныя вылічальныя прылады з лічбавымі невялікімі чыпамі і, магчыма, спалучаць іх з недарагімі аналагавымі чыпамі, флэш-памяццю і радыёчастотнымі чыпамі. Для іх мадэль з невялікім чыпам мае вялікі сэнс, таму што яны могуць захаваць шмат недарагіх, стабільных дэталяў старога пакалення. Яны не хочуць і не павінны мяняць гэтыя дэталі. Тады ім проста трэба дадаць высакаякасны невялікі чып памерам 5 нанаметраў або 3 нанаметры, каб выконваць функцыі часткі ADAS. Фактычна, яны выкарыстоўваюць розныя тыпы невялікіх чыпаў у адным прадукце. У адрозненне ад ПК і вылічальнай тэхнікі, аўтамабільная прамысловасць мае больш разнастайны спектр прымянення.
Чэнь: Больш за тое, гэтыя чыпы не трэба ўсталёўваць побач з рухавіком, таму ўмовы навакольнага асяроддзя адносна лепшыя.
Келі: Тэмпература навакольнага асяроддзя ў аўтамабілях даволі высокая. Таму, нават калі магутнасць чыпа не асабліва высокая, аўтамабільная прамысловасць павінна ўкладваць сродкі ў добрыя рашэнні па кіраванні тэмпературай і можа нават разгледзець магчымасць выкарыстання індыявых TIM (цеплаінтэрфейсных матэрыялаў), бо ўмовы навакольнага асяроддзя вельмі суровыя.
Час публікацыі: 28 красавіка 2025 г.