Ավտոմոբիլային չիպերի արդյունաբերությունը փոփոխությունների է ենթարկվում
Վերջերս կիսահաղորդչային ինժեներական թիմը Amkor-ի փոքր չիպերի և FCBGA ինտեգրման փոխնախագահ Մայքլ Քելլիի հետ քննարկեց փոքր չիպերի, հիբրիդային կապի և նոր նյութերի թեմաները: Քննարկմանը մասնակցեցին նաև ASE հետազոտող Ուիլյամ Չենը, Promex Industries-ի գործադիր տնօրեն Դիկ Օտտեն և Synopsys Photonics Solutions-ի հետազոտությունների և զարգացման տնօրեն Սանդեր Ռուսենդաալը: Ստորև բերված են այս քննարկումից հատվածներ:
Երկար տարիներ ավտոմոբիլային չիպերի մշակումը առաջատար դիրք չէր գրավում արդյունաբերության մեջ: Սակայն էլեկտրական մեքենաների ի հայտ գալու և առաջադեմ ինֆոզվարճանքային համակարգերի զարգացման հետ մեկտեղ այս իրավիճակը կտրուկ փոխվել է: Ի՞նչ խնդիրներ եք նկատել:
Քելլի. Բարձրակարգ ADAS-ը (Advanced Driver Assistance Systems) պահանջում է 5 նանոմետր կամ ավելի փոքր պրոցեսորներ՝ շուկայում մրցունակ լինելու համար: 5 նանոմետր պրոցեսին մուտք գործելուց հետո պետք է հաշվի առնել վաֆլիների արժեքը, ինչը հանգեցնում է փոքր չիպերի լուծումների ուշադիր քննարկմանը, քանի որ դժվար է մեծ չիպեր արտադրել 5 նանոմետր պրոցեսում: Բացի այդ, արտադրողականությունը ցածր է, ինչը հանգեցնում է չափազանց բարձր ծախսերի: 5 նանոմետր կամ ավելի առաջադեմ պրոցեսների հետ գործ ունենալիս հաճախորդները սովորաբար նախընտրում են ընտրել 5 նանոմետր չիպի մի մասը՝ ամբողջ չիպն օգտագործելու փոխարեն, միաժամանակ ավելացնելով ներդրումները փաթեթավորման փուլում: Նրանք կարող են մտածել. «Արդյո՞ք ավելի արդյունավետ տարբերակ կլիներ այս կերպ պահանջվող կատարողականին հասնելու համար, քան բոլոր գործառույթները ավելի մեծ չիպով կատարելը»: Այսպիսով, այո, բարձրակարգ ավտոմոբիլային ընկերությունները անպայման ուշադրություն են դարձնում փոքր չիպերի տեխնոլոգիային: Արդյունաբերության առաջատար ընկերությունները ուշադիր հետևում են դրան: Հաշվողական ոլորտի համեմատ, ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը, հավանաբար, 2-4 տարի հետ է մնում փոքր չիպերի տեխնոլոգիայի կիրառման հարցում, բայց ավտոմոբիլային ոլորտում դրա կիրառման միտումը հստակ է: Ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը չափազանց բարձր հուսալիության պահանջներ ունի, ուստի փոքր չիպային տեխնոլոգիայի հուսալիությունը պետք է ապացուցվի։ Այնուամենայնիվ, փոքր չիպային տեխնոլոգիայի լայնածավալ կիրառումը ավտոմոբիլային ոլորտում անկասկած ճանապարհին է։
Չեն. Ես որևէ էական խոչընդոտ չեմ նկատել: Կարծում եմ՝ ավելի շատ խոսքը համապատասխան հավաստագրման պահանջները խորությամբ ուսումնասիրելու և հասկանալու անհրաժեշտության մասին է: Սա վերաբերում է չափագիտության մակարդակին: Ինչպե՞ս ենք մենք արտադրում փաթեթներ, որոնք համապատասխանում են չափազանց խիստ ավտոմոբիլային չափանիշներին: Բայց անկասկած, համապատասխան տեխնոլոգիան անընդհատ զարգանում է:
Հաշվի առնելով բազմամակարդակ բաղադրիչների հետ կապված բազմաթիվ ջերմային խնդիրներն ու բարդությունները, արդյո՞ք կլինեն նոր լարվածության թեստերի պրոֆիլներ կամ տարբեր տեսակի թեստեր: Կարո՞ղ են արդյոք ներկայիս JEDEC ստանդարտները ներառել նման ինտեգրված համակարգեր:
Չեն. Ես կարծում եմ, որ մենք պետք է մշակենք ավելի համապարփակ ախտորոշիչ մեթոդներ՝ ձախողումների աղբյուրը հստակորեն բացահայտելու համար: Մենք քննարկել ենք չափագիտությունը ախտորոշման հետ համատեղելու հարցը, և մենք պատասխանատվություն ունենք պարզելու, թե ինչպես կառուցել ավելի հուսալի փաթեթներ, օգտագործել ավելի բարձրորակ նյութեր և գործընթացներ, և վավերացնել դրանք:
Քելլի. Այսօր մենք ուսումնասիրություններ ենք անցկացնում հաճախորդների հետ, ովքեր ինչ-որ բան են սովորել համակարգային մակարդակի թեստավորումից, մասնավորապես՝ ֆունկցիոնալ տախտակների թեստերում ջերմաստիճանի ազդեցության թեստավորումից, որը չի ներառվում JEDEC թեստավորման մեջ: JEDEC թեստավորումը պարզապես իզոթերմ թեստավորում է, որը ներառում է «ջերմաստիճանի բարձրացում, անկում և ջերմաստիճանի անցում»: Այնուամենայնիվ, իրական փաթեթներում ջերմաստիճանի բաշխումը շատ հեռու է իրական աշխարհում տեղի ունեցողից: Ավելի ու ավելի շատ հաճախորդներ ցանկանում են վաղ փուլում անցկացնել համակարգային մակարդակի թեստավորում, քանի որ հասկանում են այս իրավիճակը, չնայած ոչ բոլորը տեղյակ են դրա մասին: Այստեղ դեր է խաղում նաև մոդելավորման տեխնոլոգիան: Եթե մեկը հմուտ է ջերմամեխանիկական համակցված մոդելավորման մեջ, խնդիրների վերլուծությունն ավելի հեշտ է դառնում, քանի որ նրանք գիտեն, թե որ ասպեկտների վրա կենտրոնանալ թեստավորման ընթացքում: Համակարգային մակարդակի թեստավորումը և մոդելավորման տեխնոլոգիան լրացնում են միմյանց: Այնուամենայնիվ, այս միտումը դեռևս իր վաղ փուլում է:
Արդյո՞ք ավելի շատ ջերմային խնդիրներ կան լուծելու զարգացած տեխնոլոգիական հանգույցներում, քան անցյալում։
Օտտե. Այո, բայց վերջին մի քանի տարիների ընթացքում համահարթեցման խնդիրները գնալով ավելի ակնառու են դառնում: Մենք տեսնում ենք 5000-ից 10000 պղնձե սյուներ չիպի վրա, որոնք տեղակայված են 50-ից 127 միկրոն հեռավորության վրա: Եթե ուշադիր ուսումնասիրեք համապատասխան տվյալները, կտեսնեք, որ այս պղնձե սյուները հիմքի վրա տեղադրելը և տաքացման, սառեցման և վերահոսող եռակցման գործողություններ կատարելը պահանջում է մոտ մեկ հարյուր հազարի համահարթեցման ճշգրտություն: Հարյուր հազարի մեկ մասը ճշգրտությունը նման է ֆուտբոլի դաշտի երկարությամբ խոտի շեղբ գտնելուն: Մենք գնել ենք մի քանի բարձրակարգ Keyence գործիքներ՝ չիպի և հիմքի հարթությունը չափելու համար: Իհարկե, ծագող հարցն այն է, թե ինչպես վերահսկել այս ծռմռման երևույթը վերահոսող եռակցման ցիկլի ընթացքում: Սա հրատապ խնդիր է, որը պետք է լուծվի:
Չեն. Հիշում եմ Պոնտե Վեկիոյի մասին քննարկումները, որտեղ նրանք ցածր ջերմաստիճանի եռակցումն օգտագործում էին հավաքման նկատառումներից ելնելով, այլ ոչ թե կատարողականության նկատառումներից ելնելով։
Հաշվի առնելով, որ մոտակայքում գտնվող բոլոր շղթաները դեռևս ջերմային խնդիրներ ունեն, ինչպե՞ս պետք է ֆոտոնիկան ինտեգրվի սրա մեջ։
Ռուզենդաալ. Ջերմային մոդելավորումը պետք է իրականացվի բոլոր ասպեկտների համար, և բարձր հաճախականության արդյունահանումը նույնպես անհրաժեշտ է, քանի որ մուտքային ազդանշանները բարձր հաճախականության ազդանշաններ են: Հետևաբար, պետք է լուծվեն այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են դիմադրության համապատասխանեցումը և պատշաճ հողանցումը: Կարող են լինել զգալի ջերմաստիճանային գրադիենտներ, որոնք կարող են գոյություն ունենալ մատրիցայի ներսում կամ այն բանի միջև, որը մենք անվանում ենք «E» մատրից (էլեկտրական մատրից) և «P» մատրից (ֆոտոնային մատրից): Ես հետաքրքրված եմ, թե արդյոք մենք պետք է ավելի խորը ուսումնասիրենք սոսինձների ջերմային բնութագրերը:
Սա քննարկումներ է առաջացնում կապող նյութերի, դրանց ընտրության և ժամանակի ընթացքում կայունության վերաբերյալ: Ակնհայտ է, որ հիբրիդային կապող տեխնոլոգիան կիրառվել է իրական աշխարհում, բայց այն դեռևս չի օգտագործվել զանգվածային արտադրության համար: Ինչպիսի՞ն է այս տեխնոլոգիայի ներկայիս վիճակը:
Քելլի. Մատակարարման շղթայի բոլոր կողմերը ուշադրություն են դարձնում հիբրիդային կապման տեխնոլոգիային: Ներկայումս այս տեխնոլոգիան հիմնականում ղեկավարում են ձուլարանները, բայց OSAT (արտաքին մատակարարվող կիսահաղորդչային հավաքման և փորձարկման) ընկերությունները նույնպես լրջորեն ուսումնասիրում են դրա առևտրային կիրառությունները: Դասական պղնձե հիբրիդային դիէլեկտրիկ կապման բաղադրիչները անցել են երկարատև վավերացում: Եթե մաքրությունը հնարավոր լինի վերահսկել, այս գործընթացը կարող է ստեղծել շատ ամուր բաղադրիչներ: Այնուամենայնիվ, այն ունի չափազանց բարձր մաքրության պահանջներ, և կապիտալ սարքավորումների ծախսերը շատ բարձր են: Մենք վաղ կիրառման փորձեր ենք ունեցել AMD-ի Ryzen արտադրանքի շարքում, որտեղ SRAM-ի մեծ մասն օգտագործում էր պղնձե հիբրիդային կապման տեխնոլոգիա: Այնուամենայնիվ, ես չեմ տեսել շատ այլ հաճախորդների, որոնք կիրառում են այս տեխնոլոգիան: Չնայած այն շատ ընկերությունների տեխնոլոգիական ճանապարհային քարտեզներում է, թվում է, թե ևս մի քանի տարի կպահանջվի, որպեսզի համապատասխան սարքավորումների հավաքածուները բավարարեն անկախ մաքրության պահանջները: Եթե այն կարող է կիրառվել գործարանային միջավայրում՝ մի փոքր ավելի ցածր մաքրությամբ, քան սովորական վաֆլի գործարանը, և եթե հնարավոր լինի հասնել ավելի ցածր ծախսերի, ապա, հնարավոր է, այս տեխնոլոգիան ավելի շատ ուշադրության արժանանա:
Չեն. Իմ վիճակագրության համաձայն՝ 2024 թվականի ECTC կոնֆերանսում կներկայացվի հիբրիդային կապի վերաբերյալ առնվազն 37 հոդված։ Սա մի գործընթաց է, որը պահանջում է մեծ փորձագիտություն և ներառում է հավաքման ընթացքում զգալի քանակությամբ նուրբ գործողություններ։ Այսպիսով, այս տեխնոլոգիան անպայման լայն կիրառություն կգտնի։ Արդեն կան որոշ կիրառման դեպքեր, բայց ապագայում այն ավելի տարածված կդառնա տարբեր ոլորտներում։
Երբ դուք խոսում եք «լավ գործողություններ», նկատի ունե՞ք զգալի ֆինանսական ներդրումների անհրաժեշտությունը։
Չեն. Իհարկե, դա ներառում է ժամանակ և փորձագիտություն: Այս գործողությունը կատարելը պահանջում է շատ մաքուր միջավայր, ինչը պահանջում է ֆինանսական ներդրումներ: Այն նաև պահանջում է համապատասխան սարքավորումներ, որոնք նույնպես պահանջում են ֆինանսավորում: Այսպիսով, սա ենթադրում է ոչ միայն շահագործման ծախսեր, այլև ներդրումներ հարմարությունների մեջ:
Քելլի. 15 միկրոն կամ ավելի մեծ հեռավորություն ունեցող դեպքերում մեծ հետաքրքրություն կա պղնձե սյուների վաֆլի-վաֆլի տեխնոլոգիայի կիրառման նկատմամբ: Իդեալական դեպքում վաֆլիները հարթ են, իսկ չիպերի չափսերը շատ մեծ չեն, ինչը թույլ է տալիս բարձրորակ վերահոսել այդ հեռավորություններից մի քանիսի համար: Չնայած սա որոշակի դժվարություններ է առաջացնում, այն շատ ավելի էժան է, քան պղնձե հիբրիդային միացման տեխնոլոգիային անցնելը: Այնուամենայնիվ, եթե ճշգրտության պահանջը 10 միկրոն կամ ավելի ցածր է, իրավիճակը փոխվում է: Չիպերի դարսման տեխնոլոգիան օգտագործող ընկերությունները կհասնեն միանիշ միկրոնային հեռավորությունների, ինչպիսիք են 4 կամ 5 միկրոնը, և այլընտրանք չկա: Հետևաբար, համապատասխան տեխնոլոգիան անխուսափելիորեն կզարգանա: Այնուամենայնիվ, առկա տեխնոլոգիաները նույնպես անընդհատ կատարելագործվում են: Այսպիսով, այժմ մենք կենտրոնանում ենք այն սահմանների վրա, որոնցով կարող են տարածվել պղնձե սյուները, և թե արդյոք այս տեխնոլոգիան բավականաչափ երկար կտևի, որպեսզի հաճախորդները հետաձգեն իրական պղնձե հիբրիդային միացման տեխնոլոգիայի բոլոր նախագծման և «որակավորման» զարգացման ներդրումները:
Չեն. Մենք կներդնենք համապատասխան տեխնոլոգիաներ միայն այն դեպքում, երբ պահանջարկ լինի։
Արդյո՞ք էպօքսիդային ձուլման միացությունների ոլորտում ներկայումս շատ նոր զարգացումներ կան:
Քելլի. Ձուլման միացությունները ենթարկվել են զգալի փոփոխությունների: Դրանց ջերմային ընդարձակման գործակիցը (CTE) զգալիորեն նվազել է, ինչը դրանք ավելի բարենպաստ է դարձնում ճնշման տեսանկյունից համապատասխան կիրառությունների համար:
Օտտե. Վերադառնալով մեր նախորդ քննարկմանը, քանի՞ կիսահաղորդչային չիպ է ներկայումս արտադրվում 1 կամ 2 միկրոնանոց միջակայքով։
Քելլի. Զգալի մասնաբաժին։
Չեն. Հավանաբար 1%-ից պակաս։
Օտտե. Այսպիսով, մեր քննարկած տեխնոլոգիան լայն տարածում չունի։ Այն դեռևս հետազոտության փուլում չէ, քանի որ առաջատար ընկերություններն իսկապես կիրառում են այս տեխնոլոգիան, բայց այն թանկ է և ցածր եկամտաբերություն ունի։
Քելլի. Սա հիմնականում կիրառվում է բարձր արտադրողականության հաշվարկներում: Այսօր այն օգտագործվում է ոչ միայն տվյալների կենտրոններում, այլև բարձրակարգ համակարգիչներում և նույնիսկ որոշ ձեռքի սարքերում: Չնայած այս սարքերը համեմատաբար փոքր են, դրանք դեռևս ունեն բարձր արտադրողականություն: Այնուամենայնիվ, պրոցեսորների և CMOS կիրառությունների ավելի լայն համատեքստում դրա համամասնությունը մնում է համեմատաբար փոքր: Սովորական չիպերի արտադրողների համար այս տեխնոլոգիան կիրառելու անհրաժեշտություն չկա:
Օտտե. Ահա թե ինչու է զարմանալի այս տեխնոլոգիայի մուտքը ավտոմոբիլային արդյունաբերություն: Մեքենաները կարիք չունեն չափազանց փոքր չիպերի: Դրանք կարող են մնալ 20 կամ 40 նանոմետր պրոցեսներում, քանի որ կիսահաղորդիչներում մեկ տրանզիստորի արժեքը ամենացածրն է այս գործընթացում:
Քելլի. Այնուամենայնիվ, ADAS-ի կամ ինքնավար վարորդության համար հաշվողական պահանջները նույնն են, ինչ արհեստական բանականությամբ համակարգիչների կամ նմանատիպ սարքերի համար։ Հետևաբար, ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը պետք է ներդրումներ կատարի այս առաջատար տեխնոլոգիաների մեջ։
Եթե ապրանքի ցիկլը հինգ տարի է, կարո՞ղ է նոր տեխնոլոգիաների ներդրումը երկարաձգել առավելությունը ևս հինգ տարով։
Քելլի. Դա շատ ողջամիտ կետ է։ Ավտոմոբիլային արդյունաբերությունն ունի մեկ այլ տեսանկյուն։ Դիտարկենք պարզ սերվո կարգավորիչները կամ համեմատաբար պարզ անալոգային սարքերը, որոնք գոյություն ունեն 20 տարի և շատ էժան են։ Դրանք օգտագործում են փոքր չիպեր։ Ավտոմոբիլային արդյունաբերության մարդիկ ցանկանում են շարունակել օգտագործել այս արտադրանքը։ Նրանք ցանկանում են ներդրումներ կատարել միայն շատ բարձրակարգ հաշվողական սարքերում՝ թվային փոքր չիպերով և հնարավոր է՝ դրանք համատեղել էժան անալոգային չիպերի, ֆլեշ հիշողության և RF չիպերի հետ։ Նրանց համար փոքր չիպի մոդելը շատ իմաստ ունի, քանի որ նրանք կարող են պահպանել բազմաթիվ էժան, կայուն, հին սերնդի մասեր։ Նրանք ո՛չ ցանկանում են փոխել այդ մասերը, ո՛չ էլ անհրաժեշտ է։ Այնուհետև նրանք պարզապես պետք է ավելացնեն բարձրակարգ 5 նանոմետր կամ 3 նանոմետր փոքր չիպ՝ ADAS մասի գործառույթները կատարելու համար։ Փաստորեն, նրանք մեկ արտադրանքի մեջ կիրառում են տարբեր տեսակի փոքր չիպեր։ Ի տարբերություն համակարգիչների և հաշվողական ոլորտների, ավտոմոբիլային արդյունաբերությունն ունի կիրառման ավելի բազմազան շրջանակ։
Չեն. Ավելին, այս չիպերը պարտադիր չէ տեղադրել շարժիչի կողքին, ուստի շրջակա միջավայրի պայմանները համեմատաբար ավելի լավն են։
Քելլի. Մեքենաների շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը բավականին բարձր է: Հետևաբար, նույնիսկ եթե չիպի հզորությունը հատկապես բարձր չէ, ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը պետք է որոշակի միջոցներ ներդնի լավ ջերմային կառավարման լուծումների մեջ և նույնիսկ կարող է դիտարկել ինդիումի TIM (ջերմային միջերեսային նյութեր) օգտագործումը, քանի որ շրջակա միջավայրի պայմանները շատ խիստ են:
Հրապարակման ժամանակը. Ապրիլի 28-2025