L'industria di i chip automobilistici hè in corsu di cambiamenti
Recentemente, a squadra d'ingegneria di semiconduttori hà discuttu di picculi chip, ligami ibridi è novi materiali cù Michael Kelly, vicepresidente di l'integrazione di picculi chip è FCBGA di Amkor. Anu ancu participatu à a discussione u ricercatore ASE William Chen, u CEO di Promex Industries Dick Otte, è Sander Roosendaal, direttore R&S di Synopsys Photonics Solutions. Quì sottu sò estratti di sta discussione.
Per parechji anni, u sviluppu di chip automobilistici ùn hà micca pigliatu una pusizione di punta in l'industria. Tuttavia, cù l'ascesa di i veiculi elettrichi è u sviluppu di sistemi d'infotainment avanzati, sta situazione hè cambiata dramaticamente. Chì prublemi avete nutatu ?
Kelly: L'ADAS (Sistemi Avanzati di Assistenza à a Guida) di fascia alta richiedenu processori cù un prucessu di 5 nanometri o più chjucu per esse cumpetitivi in u mercatu. Una volta entrati in u prucessu di 5 nanometri, duvete cunsiderà i costi di i wafer, ciò chì porta à una attenta considerazione di e soluzioni di chip chjuchi, postu chì hè difficiule di fabricà chip grandi cù u prucessu di 5 nanometri. Inoltre, u rendimentu hè bassu, ciò chì risulta in costi estremamente elevati. Quandu si tratta di prucessi di 5 nanometri o più avanzati, i clienti tipicamente consideranu di selezziunà una parte di u chip di 5 nanometri invece di utilizà u chip interu, mentre aumentanu l'investimentu in a fase di imballaggio. Puderanu pensà: "Saria una opzione più economica per ottene e prestazioni richieste in questu modu, invece di pruvà à cumpletà tutte e funzioni in un chip più grande?" Dunque, sì, e cumpagnie automobilistiche di fascia alta stanu sicuramente prestendu attenzione à a tecnulugia di i chip chjuchi. E cumpagnie principali di l'industria stanu monitorizendu attentamente questu. Paragunatu à u campu di l'informatica, l'industria automobilistica hè probabilmente da 2 à 4 anni in daretu in l'applicazione di a tecnulugia di i chip chjuchi, ma a tendenza per a so applicazione in u settore automobilisticu hè chjara. L'industria automobilistica hà esigenze di affidabilità estremamente elevate, dunque l'affidabilità di a tecnulugia di i picculi chip deve esse pruvata. Tuttavia, l'applicazione à grande scala di a tecnulugia di i picculi chip in u campu automobilisticu hè certamente in strada.
Chen: Ùn aghju micca nutatu ostaculi significativi. Pensu chì si tratta più di bisognu d'amparà è di capisce in prufundità i requisiti di certificazione pertinenti. Questu ricolla à u livellu di metrologia. Cumu fabrichemu imballaggi chì rispondenu à i standard automobilistici estremamente rigorosi? Ma hè certu chì a tecnulugia pertinente hè in continua evoluzione.
Dati i numerosi prublemi termichi è e cumplessità assuciati à i cumpunenti multi-die, ci saranu novi profili di test di stress o diversi tipi di test? L'attuali norme JEDEC ponu copre tali sistemi integrati?
Chen: Credu chì avemu bisognu di sviluppà metudi di diagnosticu più cumpleti per identificà chjaramente a fonte di i guasti. Avemu discuttu di a cumbinazione di a metrologia cù a diagnostica, è avemu a rispunsabilità di capisce cumu custruisce imballaggi più robusti, aduprà materiali è prucessi di qualità superiore, è validalli.
Kelly: Oghje, facemu studii di casu cù i clienti, chì anu amparatu qualcosa da i testi à livellu di sistema, in particulare i testi d'impattu di a temperatura in i testi di e carte funziunali, chì ùn sò micca cuparti da i testi JEDEC. I testi JEDEC sò solu testi isotermichi, chì implicanu "aumentu, calata è transizione di temperatura". Tuttavia, a distribuzione di a temperatura in i pacchetti attuali hè luntana da ciò chì accade in u mondu reale. Sempre più clienti volenu fà testi à livellu di sistema in anticipu perchè capiscenu sta situazione, ancu s'è micca tutti ne sò cuscenti. A tecnulugia di simulazione ghjoca ancu un rolu quì. Sè unu hè espertu in a simulazione di cumbinazione termo-meccanica, l'analisi di i prublemi diventa più faciule perchè sà nantu à quali aspetti fucalizza durante i testi. I testi à livellu di sistema è a tecnulugia di simulazione si cumplementanu. Tuttavia, sta tendenza hè sempre in e so prime fasi.
Ci sò più prublemi termichi da affruntà in i nodi tecnologichi maturi chè in u passatu?
Otte: Iè, ma in l'ultimi dui anni, i prublemi di cuplanarità sò diventati sempre più prominenti. Videmu da 5.000 à 10.000 pilastri di rame nantu à un chip, spaziati trà 50 micron è 127 micron. Sè esaminate attentamente i dati pertinenti, truverete chì piazzà sti pilastri di rame nantu à u sustratu è eseguisce operazioni di riscaldamentu, raffreddamentu è saldatura à rifusione richiede di ottene una precisione di cuplanarità di circa una parte in centu mila. Una precisione di una parte in centu mila hè cum'è truvà una fila d'erba in a lunghezza di un campu di football. Avemu acquistatu alcuni strumenti Keyence ad alte prestazioni per misurà a planarità di u chip è di u sustratu. Benintesa, a quistione chì ne risulta hè cumu cuntrullà stu fenomenu di deformazione durante u ciclu di saldatura à rifusione? Questu hè un prublema urgente chì deve esse affrontatu.
Chen: Mi ricordu di discussioni nantu à u Ponte Vecchio, induve anu utilizatu a saldatura à bassa temperatura per cunsiderazioni di assemblaggio piuttostu chè per ragioni di prestazione.
Datu chì tutti i circuiti vicini anu sempre prublemi termichi, cumu si deve integrà a fotonica in questu?
Roosendaal: A simulazione termica deve esse realizata per tutti l'aspetti, è l'estrazione à alta frequenza hè ancu necessaria perchè i signali chì entranu sò signali à alta frequenza. Dunque, devenu esse affrontate questioni cum'è l'adattazione d'impedenza è a messa à terra adatta. Ci ponu esse gradienti di temperatura significativi, chì ponu esiste in u die stessu o trà ciò chì chjamemu u die "E" (die elettricu) è u die "P" (die fotonicu). Sò curiosu di sapè s'ellu ci vole à approfondisce e caratteristiche termiche di l'adesivi.
Questu suscita discussioni nantu à i materiali di legame, a so selezzione è a stabilità in u tempu. Hè evidente chì a tecnulugia di legame ibridu hè stata applicata in u mondu reale, ma ùn hè ancu stata aduprata per a pruduzzione di massa. Chì ghjè u statu attuale di sta tecnulugia ?
Kelly: Tutte e parte di a catena di furnimentu stanu attenti à a tecnulugia di ligame ibridu. Attualmente, sta tecnulugia hè principalmente guidata da e fonderie, ma e cumpagnie OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) stanu ancu studiendu seriamente e so applicazioni cummerciali. I cumpunenti classici di ligame dielettricu ibridu di rame sò stati validati à longu andà. Sè a pulizia pò esse cuntrullata, stu prucessu pò pruduce cumpunenti assai robusti. Tuttavia, hà esigenze di pulizia estremamente elevate, è i costi di l'equipaggiu capitale sò assai alti. Avemu sperimentatu i primi tentativi di applicazione in a linea di prudutti Ryzen di AMD, induve a maiò parte di e SRAM utilizavanu a tecnulugia di ligame ibridu di rame. Tuttavia, ùn aghju vistu assai altri clienti applicà sta tecnulugia. Ancu s'ella hè nantu à e roadmap tecnologiche di parechje cumpagnie, pare chì ci vulerà uni pochi d'anni in più per chì e suite di equipaggiamenti cunnessi soddisfinu i requisiti di pulizia indipendenti. Sè pò esse applicata in un ambiente di fabbrica cù una pulizia ligeramente inferiore à una tipica fabbrica di wafer, è sè si ponu ottene costi più bassi, allora forse sta tecnulugia riceverà più attenzione.
Chen: Sicondu e mo statistiche, almenu 37 articuli nantu à u ligame ibridu seranu presentati à a cunferenza ECTC 2024. Questu hè un prucessu chì richiede assai cumpetenze è implica una quantità significativa di operazioni fini durante l'assemblea. Dunque, sta tecnulugia vedrà sicuramente una applicazione diffusa. Ci sò digià alcuni casi d'applicazione, ma in u futuru, diventerà più prevalente in diversi campi.
Quandu parlate di "operazioni fini", vi riferite à a necessità di investimenti finanziarii significativi?
Chen: Benintesa, ci vole tempu è cumpetenze. Eseguisce sta operazione richiede un ambiente assai pulitu, ciò chì richiede investimenti finanziarii. Richiede ancu attrezzature cunnesse, chì richiedenu ancu finanziamenti. Dunque, questu implica micca solu costi operativi, ma ancu investimenti in strutture.
Kelly: In i casi cù una spaziatura di 15 micron o più, ci hè un interessu significativu à aduprà a tecnulugia wafer-to-wafer di pilastri di rame. Idealmente, i wafer sò piatti, è e dimensioni di i chip ùn sò micca assai grande, chì permettenu una riflussu di alta qualità per alcune di queste spaziature. Mentre questu presenta alcune sfide, hè assai menu caru chè impegnassi in a tecnulugia di legame ibridu di rame. Tuttavia, se u requisitu di precisione hè di 10 micron o menu, a situazione cambia. E cumpagnie chì utilizanu a tecnulugia di impilamentu di chip ottenenu spaziature di micron à una cifra, cum'è 4 o 5 micron, è ùn ci hè alternativa. Dunque, a tecnulugia pertinente si svilupperà inevitabilmente. Tuttavia, e tecnulugie esistenti sò ancu in continua migliurazione. Dunque avà ci concentremu nantu à i limiti à i quali i pilastri di rame ponu estendersi è se sta tecnulugia durerà abbastanza longu per chì i clienti ritardinu tutti l'investimenti di cuncepimentu è di sviluppu di "qualificazione" in a vera tecnulugia di legame ibridu di rame.
Chen: Adutteremu tecnulugie pertinenti solu quandu ci serà dumanda.
Ci sò parechji sviluppi novi in u campu di i cumposti di stampaggio epossidichi attualmente?
Kelly: I cumposti di stampaggio anu subitu cambiamenti significativi. U so CTE (coefficiente di dilatazione termica) hè statu assai riduttu, rendenduli più favurevuli per applicazioni pertinenti da un puntu di vista di pressione.
Otte: Vultendu à a nostra discussione precedente, quanti chip semiconduttori sò attualmente fabbricati cù una spaziatura di 1 o 2 micron?
Kelly: Una pruporzione significativa.
Chen: Probabilmente menu di 1%.
Otte: Cusì a tecnulugia di a quale parlemu ùn hè micca mainstream. Ùn hè micca in a fase di ricerca, postu chì e cumpagnie principali stanu in effetti applicendu sta tecnulugia, ma hè cara è hà bassi rendimenti.
Kelly: Questu hè applicatu principalmente in l'informatica d'alte prestazioni. Oghje ghjornu, hè adupratu micca solu in i centri di dati, ma ancu in i PC di fascia alta è ancu in certi dispositivi palmari. Ancu s'è sti dispositivi sò relativamente chjuchi, anu sempre alte prestazioni. Tuttavia, in u cuntestu più largu di i processori è di l'applicazioni CMOS, a so proporzione ferma relativamente chjuca. Per i pruduttori di chip ordinari, ùn ci hè bisognu di aduttà sta tecnulugia.
Otte: Hè per quessa chì hè surprenante di vede sta tecnulugia entre in l'industria automobilistica. E vitture ùn anu micca bisognu di chip per esse estremamente chjuche. Puderanu stà à prucessi di 20 o 40 nanometri, postu chì u costu per transistor in i semiconduttori hè u più bassu in questu prucessu.
Kelly: Tuttavia, i requisiti di calculu per l'ADAS o a guida autonoma sò listessi à quelli per i PC AI o dispositivi simili. Dunque, l'industria automobilistica hà bisognu d'investisce in queste tecnulugie d'avanguardia.
Sè u ciclu di u produttu hè di cinque anni, l'adopzione di nuove tecnulugie puderia allargà u vantaghju per altri cinque anni?
Kelly: Hè un puntu assai ragiunevule. L'industria automobilistica hà un altru puntu di vista. Cunsiderate simplici servocontrollori o dispositivi analogichi relativamente simplici chì esistenu dapoi 20 anni è sò assai economici. Usanu picculi chip. E persone in l'industria automobilistica volenu cuntinuà à aduprà questi prudutti. Voglienu solu investisce in dispositivi informatichi di fascia alta cù picculi chip digitali è forse abbinalli à chip analogichi à pocu costu, memoria flash è chip RF. Per elli, u mudellu di picculi chip hà assai sensu perchè ponu cunservà parechje parti di generazione più vechja, stabili è à pocu costu. Ùn volenu nè cambià queste parti nè ne anu bisognu. Dopu, anu solu bisognu di aghjunghje un picculu chip di 5 nanometri o 3 nanometri di fascia alta per suddisfà e funzioni di a parte ADAS. In fatti, stanu applicendu vari tipi di picculi chip in un pruduttu. À u cuntrariu di i campi di PC è informatica, l'industria automobilistica hà una gamma di applicazioni più diversificata.
Chen: Inoltre, sti chip ùn anu micca bisognu di esse stallati accantu à u mutore, dunque e cundizioni ambientali sò relativamente megliu.
Kelly: A temperatura ambiente in e vitture hè abbastanza alta. Dunque, ancu s'è a putenza di u chip ùn hè micca particularmente alta, l'industria automobilistica deve investisce qualchì fondu in bone suluzioni di gestione termica è pò ancu cunsiderà l'usu di TIM (materiali d'interfaccia termica) d'indiu perchè e cundizioni ambientali sò assai dure.
Data di publicazione: 28 d'aprile di u 2025