Ang industriya ng automotive chip ay sumasailalim sa mga pagbabago
Kamakailan, tinalakay ng semiconductor engineering team ang maliliit na chip, hybrid bonding, at mga bagong materyales kasama si Michael Kelly, Bise Presidente ng maliit na chip ng Amkor at pagsasama ng FCBGA. Lumahok din sa talakayan ang ASE researcher na si William Chen, Promex Industries CEO Dick Otte, at Sander Roosendaal, R&D Director ng Synopsys Photonics Solutions. Nasa ibaba ang mga sipi mula sa talakayang ito.
Sa loob ng maraming taon, ang pagbuo ng mga automotive chips ay hindi kumuha ng nangungunang posisyon sa industriya. Gayunpaman, sa pagtaas ng mga de-koryenteng sasakyan at pag-unlad ng mga advanced na sistema ng infotainment, ang sitwasyong ito ay kapansin-pansing nagbago. Anong mga isyu ang napansin mo?
Kelly: Ang High-end na ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) ay nangangailangan ng mga processor na may 5-nanometer na proseso o mas maliit upang maging mapagkumpitensya sa merkado. Sa sandaling pumasok ka sa proseso ng 5-nanometer, kailangan mong isaalang-alang ang mga gastos sa wafer, na humahantong sa maingat na pagsasaalang-alang ng mga maliliit na solusyon sa chip, dahil mahirap gumawa ng malalaking chip sa proseso ng 5-nanometer. Bukod pa rito, mababa ang ani, na nagreresulta sa napakataas na gastos. Kapag nakikitungo sa 5-nanometer o higit pang mga advanced na proseso, karaniwang isinasaalang-alang ng mga customer ang pagpili ng isang bahagi ng 5-nanometer chip sa halip na gamitin ang buong chip, habang pinapataas ang pamumuhunan sa yugto ng packaging. Maaaring isipin nila, "Ito ba ay isang mas cost-effective na opsyon upang makamit ang kinakailangang pagganap sa ganitong paraan, sa halip na subukang kumpletuhin ang lahat ng mga function sa isang mas malaking chip?" Kaya, oo, ang mga high-end na kumpanya ng automotive ay tiyak na binibigyang pansin ang maliit na teknolohiya ng chip. Ang mga nangungunang kumpanya sa industriya ay malapit na sinusubaybayan ito. Kung ikukumpara sa larangan ng pag-compute, ang industriya ng automotive ay malamang na nasa likod ng 2 hanggang 4 na taon sa aplikasyon ng maliit na teknolohiya ng chip, ngunit ang trend para sa aplikasyon nito sa sektor ng automotive ay malinaw. Ang industriya ng automotive ay may napakataas na mga kinakailangan sa pagiging maaasahan, kaya ang pagiging maaasahan ng maliit na teknolohiya ng chip ay dapat na mapatunayan. Gayunpaman, ang malakihang aplikasyon ng maliit na teknolohiya ng chip sa larangan ng automotive ay tiyak na nasa daan.
Chen: Wala akong napansin na makabuluhang hadlang. Sa tingin ko ito ay higit pa tungkol sa pangangailangang matutunan at maunawaan ang mga nauugnay na kinakailangan sa sertipikasyon nang malalim. Ito ay bumalik sa antas ng metrology. Paano tayo gumagawa ng mga pakete na nakakatugon sa napakahigpit na mga pamantayan sa automotive? Ngunit tiyak na ang kaugnay na teknolohiya ay patuloy na umuunlad.
Dahil sa maraming isyu sa thermal at kumplikadong nauugnay sa mga multi-die na bahagi, magkakaroon ba ng mga bagong profile ng stress test o iba't ibang uri ng mga pagsubok? Maaari bang saklawin ng kasalukuyang mga pamantayan ng JEDEC ang naturang pinagsama-samang mga sistema?
Chen: Naniniwala ako na kailangan nating bumuo ng mas komprehensibong pamamaraan ng diagnostic para malinaw na matukoy ang pinagmulan ng mga pagkabigo. Napag-usapan namin ang pagsasama-sama ng metrology sa mga diagnostic, at mayroon kaming responsibilidad na malaman kung paano bumuo ng mas matatag na mga pakete, gumamit ng mas mataas na kalidad na mga materyales at proseso, at patunayan ang mga ito.
Kelly: Sa ngayon, nagsasagawa kami ng mga case study sa mga customer, na may natutunan mula sa system-level testing, lalo na ang temperature impact testing sa functional board tests, na hindi saklaw ng JEDEC testing. Ang pagsusuri sa JEDEC ay isothermal na pagsubok lamang, na kinasasangkutan ng "pagtaas, pagbaba, at paglipat ng temperatura." Gayunpaman, ang pamamahagi ng temperatura sa aktwal na mga pakete ay malayo sa kung ano ang nangyayari sa totoong mundo. Parami nang parami ang gustong magsagawa ng system-level testing nang maaga dahil naiintindihan nila ang sitwasyong ito, bagama't hindi alam ng lahat. May papel din dito ang simulation technology. Kung ang isa ay bihasa sa thermal-mechanical combination simulation, nagiging mas madali ang pagsusuri ng mga problema dahil alam nila kung anong mga aspeto ang dapat pagtuunan ng pansin sa panahon ng pagsubok. Ang pagsubok sa antas ng system at teknolohiya ng simulation ay umaakma sa isa't isa. Gayunpaman, ang kalakaran na ito ay nasa maagang yugto pa rin.
Mayroon bang mas maraming isyu sa thermal na dapat tugunan sa mga mature na node ng teknolohiya kaysa sa nakaraan?
Otte: Oo, ngunit sa nakalipas na dalawang taon, ang mga isyu sa coplanarity ay lalong naging prominente. Nakikita natin ang 5,000 hanggang 10,000 tansong haligi sa isang chip, na may pagitan sa pagitan ng 50 microns at 127 microns ang pagitan. Kung susuriin mong mabuti ang nauugnay na data, makikita mo na ang paglalagay ng mga tansong haligi na ito sa substrate at ang pagsasagawa ng mga operasyon sa pag-init, paglamig, at paghihinang ng reflow ay nangangailangan ng pagkamit ng halos isang bahagi sa isang daang libong katumpakan ng coplanarity. Ang isang bahagi sa isang daang libong katumpakan ay tulad ng paghahanap ng isang talim ng damo sa loob ng haba ng isang football field. Bumili kami ng ilang tool na Keyence na may mataas na pagganap para sukatin ang flatness ng chip at substrate. Siyempre, ang kasunod na tanong ay kung paano kontrolin ang warping phenomenon na ito sa panahon ng reflow soldering cycle? Ito ay isang matinding isyu na kailangang matugunan.
Chen: Naaalala ko ang mga talakayan tungkol sa Ponte Vecchio, kung saan gumamit sila ng mababang temperatura na panghinang para sa mga pagsasaalang-alang sa pagpupulong kaysa sa mga dahilan ng pagganap.
Dahil ang lahat ng mga circuit sa malapit ay mayroon pa ring mga thermal na isyu, paano dapat isama ang photonics dito?
Roosendaal: Kailangang isagawa ang thermal simulation para sa lahat ng aspeto, at kailangan din ang high-frequency extraction dahil ang mga signal na pumapasok ay mga high-frequency na signal. Samakatuwid, ang mga isyu tulad ng pagtutugma ng impedance at tamang saligan ay kailangang matugunan. Maaaring may mga makabuluhang gradient ng temperatura, na maaaring umiral sa loob mismo ng die o sa pagitan ng tinatawag nating "E" die (electrical die) at ang "P" die (photon die). Nagtataka ako kung kailangan nating suriin nang mas malalim ang mga thermal na katangian ng mga adhesive.
Pinapataas nito ang mga talakayan tungkol sa mga bonding material, ang kanilang pagpili, at katatagan sa paglipas ng panahon. Maliwanag na ang teknolohiya ng hybrid bonding ay inilapat sa totoong mundo, ngunit hindi pa ito ginagamit para sa mass production. Ano ang kasalukuyang estado ng teknolohiyang ito?
Kelly: Ang lahat ng partido sa supply chain ay binibigyang pansin ang hybrid bonding technology. Sa kasalukuyan, ang teknolohiyang ito ay pangunahing pinamumunuan ng mga foundry, ngunit ang mga kumpanya ng OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) ay seryoso ring pinag-aaralan ang mga komersyal na aplikasyon nito. Ang mga klasikong tansong hybrid na bahagi ng dielectric bonding ay sumailalim sa pangmatagalang pagpapatunay. Kung makokontrol ang kalinisan, ang prosesong ito ay makakapagdulot ng napakatatag na mga bahagi. Gayunpaman, mayroon itong napakataas na mga kinakailangan sa kalinisan, at ang mga gastos sa kapital na kagamitan ay napakataas. Nakaranas kami ng maagang pagtatangka sa paggamit sa linya ng produkto ng AMD ng Ryzen, kung saan ang karamihan sa SRAM ay gumamit ng teknolohiyang copper hybrid bonding. Gayunpaman, hindi pa ako nakakita ng maraming iba pang mga customer na naglalapat ng teknolohiyang ito. Bagama't ito ay nasa mga roadmap ng teknolohiya ng maraming kumpanya, tila aabutin pa ng ilang taon para matugunan ng mga kaugnay na suite ng kagamitan ang mga independiyenteng kinakailangan sa kalinisan. Kung maaari itong ilapat sa isang kapaligiran ng pabrika na may bahagyang mas mababang kalinisan kaysa sa isang tipikal na wafer fab, at kung mas mababa ang mga gastos ay maaaring makamit, marahil ang teknolohiyang ito ay makakatanggap ng higit na pansin.
Chen: Ayon sa aking mga istatistika, hindi bababa sa 37 mga papel sa hybrid bonding ang ipapakita sa 2024 ECTC conference. Ito ay isang proseso na nangangailangan ng maraming kadalubhasaan at nagsasangkot ng malaking halaga ng mga pinong operasyon sa panahon ng pagpupulong. Kaya tiyak na makikita ng teknolohiyang ito ang malawakang aplikasyon. Mayroon nang ilang mga kaso ng aplikasyon, ngunit sa hinaharap, ito ay magiging mas laganap sa iba't ibang larangan.
Kapag binanggit mo ang "fine operations," tinutukoy mo ba ang pangangailangan para sa makabuluhang pamumuhunan sa pananalapi?
Chen: Syempre, kasama dito ang oras at kadalubhasaan. Ang pagsasagawa ng operasyong ito ay nangangailangan ng napakalinis na kapaligiran, na nangangailangan ng pamumuhunan sa pananalapi. Nangangailangan din ito ng mga kaugnay na kagamitan, na nangangailangan din ng pondo. Kaya ito ay nagsasangkot hindi lamang mga gastos sa pagpapatakbo kundi pati na rin ang pamumuhunan sa mga pasilidad.
Kelly: Sa mga kaso na may spacing na 15 microns o mas malaki, may malaking interes sa paggamit ng copper pillar wafer-to-wafer na teknolohiya. Sa isip, ang mga wafer ay flat, at ang mga laki ng chip ay hindi masyadong malaki, na nagbibigay-daan para sa mataas na kalidad na reflow para sa ilan sa mga puwang na ito. Bagama't ito ay nagpapakita ng ilang hamon, ito ay mas mura kaysa sa paggawa sa tansong hybrid bonding na teknolohiya. Gayunpaman, kung ang kinakailangan sa katumpakan ay 10 microns o mas mababa, nagbabago ang sitwasyon. Ang mga kumpanyang gumagamit ng teknolohiya ng chip stacking ay makakamit ng mga single-digit na micron spacing, gaya ng 4 o 5 microns, at walang alternatibo. Samakatuwid, ang kaugnay na teknolohiya ay hindi maiiwasang uunlad. Gayunpaman, ang mga umiiral na teknolohiya ay patuloy ding umuunlad. Kaya ngayon kami ay tumutuon sa mga limitasyon kung saan maaaring pahabain ng mga tansong haligi at kung ang teknolohiyang ito ay tatagal nang sapat para maantala ng mga customer ang lahat ng disenyo at "kwalipikasyon" na pamumuhunan sa pagpapaunlad sa tunay na teknolohiya ng copper hybrid bonding.
Chen: Magpapatibay lang kami ng mga kaugnay na teknolohiya kapag may pangangailangan.
Mayroon bang maraming mga bagong pag-unlad sa larangan ng epoxy molding compound sa kasalukuyan?
Kelly: Ang mga molding compound ay sumailalim sa mga makabuluhang pagbabago. Ang kanilang CTE (coefficient of thermal expansion) ay lubos na nabawasan, na ginagawang mas paborable ang mga ito para sa mga nauugnay na aplikasyon mula sa isang pressure perspective.
Otte: Bumabalik sa aming nakaraang talakayan, gaano karaming mga semiconductor chips ang kasalukuyang ginagawa na may 1 o 2 micron spacing?
Kelly: Isang malaking proporsyon.
Chen: Malamang wala pang 1%.
Otte: Kaya hindi mainstream ang teknolohiyang tinatalakay natin. Wala ito sa yugto ng pananaliksik, dahil ang mga nangungunang kumpanya ay talagang nag-aaplay ng teknolohiyang ito, ngunit ito ay magastos at may mababang ani.
Kelly: Pangunahing ginagamit ito sa high-performance computing. Sa ngayon, ginagamit ito hindi lamang sa mga data center kundi pati na rin sa mga high-end na PC at maging sa ilang handheld device. Bagama't medyo maliit ang mga device na ito, mayroon pa rin silang mataas na pagganap. Gayunpaman, sa mas malawak na konteksto ng mga processor at CMOS application, ang proporsyon nito ay nananatiling medyo maliit. Para sa mga ordinaryong tagagawa ng chip, hindi na kailangang gamitin ang teknolohiyang ito.
Otte: Kaya naman nakakagulat na makita ang teknolohiyang ito na pumapasok sa industriya ng automotive. Ang mga kotse ay hindi nangangailangan ng mga chips upang maging napakaliit. Maaari silang manatili sa 20 o 40 nanometer na proseso, dahil ang gastos sa bawat transistor sa semiconductors ay pinakamababa sa prosesong ito.
Kelly: Gayunpaman, ang computational na mga kinakailangan para sa ADAS o autonomous na pagmamaneho ay kapareho ng para sa mga AI PC o katulad na mga device. Samakatuwid, ang industriya ng automotive ay kailangang mamuhunan sa mga makabagong teknolohiyang ito.
Kung ang ikot ng produkto ay limang taon, maaari bang palawigin ng paggamit ng mga bagong teknolohiya ang kalamangan para sa isa pang limang taon?
Kelly: Iyan ay isang napaka-makatwirang punto. May ibang anggulo ang automotive industry. Isaalang-alang ang mga simpleng servo controller o medyo simpleng analog device na umiral sa loob ng 20 taon at napakababa ng halaga. Gumagamit sila ng maliliit na chips. Gusto ng mga tao sa industriya ng automotive na patuloy na gamitin ang mga produktong ito. Gusto lang nilang mamuhunan sa napaka-high-end na mga computing device na may mga digital na maliliit na chip at posibleng ipares ang mga ito sa murang analog chips, flash memory, at RF chips. Para sa kanila, ang maliit na modelo ng chip ay may malaking kahulugan dahil maaari nilang panatilihin ang maraming mura, matatag, mas lumang mga bahagi ng henerasyon. Hindi nila gustong baguhin ang mga bahaging ito o kailangan. Pagkatapos, kailangan lang nilang magdagdag ng high-end na 5-nanometer o 3-nanometer na maliit na chip upang matupad ang mga function ng bahagi ng ADAS. Sa katunayan, nag-aaplay sila ng iba't ibang uri ng maliliit na chips sa isang produkto. Hindi tulad ng PC at computing field, ang automotive industry ay may mas magkakaibang hanay ng mga application.
Chen: Bukod dito, ang mga chip na ito ay hindi kailangang i-install sa tabi ng makina, kaya ang mga kondisyon sa kapaligiran ay medyo mas mahusay.
Kelly: Ang temperatura ng kapaligiran sa mga kotse ay medyo mataas. Samakatuwid, kahit na ang kapangyarihan ng chip ay hindi partikular na mataas, ang industriya ng automotive ay dapat mamuhunan ng ilang mga pondo sa mahusay na mga solusyon sa pamamahala ng thermal at maaaring isaalang-alang ang paggamit ng indium TIM (thermal interface na materyales) dahil ang mga kondisyon sa kapaligiran ay napakahirap.
Oras ng post: Abr-28-2025