Industria e çipave të automobilave po kalon ndryshime
Kohët e fundit, ekipi i inxhinierisë së gjysmëpërçuesve diskutoi mbi çipat e vegjël, lidhjet hibride dhe materialet e reja me Michael Kelly, nënkryetarin e integrimit të çipave të vegjël dhe FCBGA të Amkor. Në diskutim morën pjesë gjithashtu studiuesi i ASE, William Chen, drejtori ekzekutiv i Promex Industries, Dick Otte, dhe Sander Roosendaal, drejtor i kërkim-zhvillimit i Synopsys Photonics Solutions. Më poshtë janë fragmente nga ky diskutim.
Për shumë vite, zhvillimi i çipave të automobilave nuk zuri një pozicion kryesor në industri. Megjithatë, me rritjen e automjeteve elektrike dhe zhvillimin e sistemeve të përparuara të infotainment-it, kjo situatë ka ndryshuar në mënyrë dramatike. Çfarë problemesh keni vënë re?
Kelly: ADAS (Sistemet e Avancuara të Ndihmës për Shoferët) të nivelit të lartë kërkon procesorë me një proces 5-nanometër ose më të vogël për të qenë konkurrues në treg. Pasi të hyni në procesin 5-nanometër, duhet të merrni në konsideratë kostot e pllakave, gjë që çon në shqyrtimin e kujdesshëm të zgjidhjeve me çipa të vegjël, pasi është e vështirë të prodhohen çipa të mëdhenj në procesin 5-nanometër. Përveç kësaj, rendimenti është i ulët, duke rezultuar në kosto jashtëzakonisht të larta. Kur merreni me procese 5-nanometër ose më të avancuara, klientët zakonisht marrin në konsideratë zgjedhjen e një pjese të çipit 5-nanometër në vend që të përdorin të gjithë çipin, ndërsa rrisin investimet në fazën e paketimit. Ata mund të mendojnë: "A do të ishte një mundësi më efektive nga ana e kostos për të arritur performancën e kërkuar në këtë mënyrë, në vend që të përpiqeni të kryeni të gjitha funksionet në një çip më të madh?" Pra, po, kompanitë e automobilave të nivelit të lartë po i kushtojnë vëmendje teknologjisë së çipave të vegjël. Kompanitë kryesore në industri po e monitorojnë nga afër këtë. Krahasuar me fushën e informatikës, industria e automobilave është ndoshta 2 deri në 4 vjet prapa në zbatimin e teknologjisë së çipave të vegjël, por trendi për zbatimin e saj në sektorin e automobilave është i qartë. Industria e automobilave ka kërkesa jashtëzakonisht të larta për besueshmëri, kështu që besueshmëria e teknologjisë së çipave të vegjël duhet të provohet. Megjithatë, zbatimi në shkallë të gjerë i teknologjisë së çipave të vegjël në fushën e automobilave është sigurisht në rrugë e sipër.
Chen: Nuk kam vënë re ndonjë pengesë të rëndësishme. Mendoj se ka më shumë të bëjë me nevojën për të mësuar dhe kuptuar në thellësi kërkesat përkatëse të certifikimit. Kjo kthehet në nivelin e metrologjisë. Si i prodhojmë paketa që përmbushin standardet jashtëzakonisht të rrepta të automobilave? Por është e sigurt që teknologjia përkatëse është në zhvillim të vazhdueshëm.
Duke pasur parasysh shumë probleme termike dhe kompleksitetet që lidhen me komponentët me shumë lloje, a do të ketë profile të reja të testeve të stresit apo lloje të ndryshme testesh? A mund t'i mbulojnë standardet aktuale JEDEC sisteme të tilla të integruara?
Chen: Unë besoj se duhet të zhvillojmë metoda më gjithëpërfshirëse diagnostikuese për të identifikuar qartë burimin e dështimeve. Ne kemi diskutuar kombinimin e metrologjisë me diagnostikimin dhe kemi përgjegjësinë të gjejmë mënyrën e ndërtimit të paketave më të forta, të përdorim materiale dhe procese me cilësi më të lartë dhe t'i validojmë ato.
Kelly: Në ditët e sotme, ne po kryejmë studime rastesh me klientë, të cilët kanë mësuar diçka nga testimi në nivel sistemi, veçanërisht testimi i ndikimit të temperaturës në testet funksionale të pllakave, i cili nuk mbulohet në testimin JEDEC. Testimi JEDEC është thjesht testim izotermal, që përfshin "ngritjen, rënien dhe kalimin e temperaturës". Megjithatë, shpërndarja e temperaturës në paketat aktuale është larg nga ajo që ndodh në botën reale. Gjithnjë e më shumë klientë duan të kryejnë testime në nivel sistemi herët sepse e kuptojnë këtë situatë, megjithëse jo të gjithë janë të vetëdijshëm për të. Teknologjia e simulimit gjithashtu luan një rol këtu. Nëse dikush është i aftë në simulimin e kombinimit termo-mekanik, analizimi i problemeve bëhet më i lehtë sepse ata e dinë se në cilat aspekte të përqendrohen gjatë testimit. Testimi në nivel sistemi dhe teknologjia e simulimit plotësojnë njëra-tjetrën. Megjithatë, ky trend është ende në fazat e tij të hershme.
A ka më shumë probleme termike për t'u adresuar në nyjet e teknologjisë së zhvilluar sesa në të kaluarën?
Otte: Po, por në dy vitet e fundit, problemet e koplanaritetit janë bërë gjithnjë e më të dukshme. Ne shohim 5,000 deri në 10,000 shtylla bakri në një çip, të vendosura midis 50 mikronëve dhe 127 mikronëve larg njëra-tjetrës. Nëse i shqyrtoni nga afër të dhënat përkatëse, do të zbuloni se vendosja e këtyre shtyllave bakri në substrat dhe kryerja e operacioneve të ngrohjes, ftohjes dhe saldimit me ripërpunim kërkon arritjen e saktësisë së koplanaritetit prej rreth një pjese në njëqind mijë. Një pjesë në njëqind mijë saktësi është si të gjesh një fije bari brenda gjatësisë së një fushe futbolli. Ne kemi blerë disa mjete Keyence me performancë të lartë për të matur sheshtësinë e çipit dhe substratit. Sigurisht, pyetja që lind është se si ta kontrollojmë këtë fenomen të deformimit gjatë ciklit të saldimit me ripërpunim? Kjo është një çështje urgjente që duhet të adresohet.
Chen: Më kujtohen diskutimet rreth Ponte Vecchio-s, ku ata përdorën saldim me temperaturë të ulët për konsiderata montimi dhe jo për arsye performance.
Duke pasur parasysh që të gjitha qarqet aty pranë ende kanë probleme termike, si duhet të integrohet fotonika në këtë?
Roosendaal: Simulimi termik duhet të kryhet për të gjitha aspektet, dhe nxjerrja me frekuencë të lartë është gjithashtu e nevojshme sepse sinjalet që hyjnë janë sinjale me frekuencë të lartë. Prandaj, duhet të adresohen çështje si përputhja e impedancës dhe tokëzimi i duhur. Mund të ketë gradiente të konsiderueshme të temperaturës, të cilat mund të ekzistojnë brenda vetë matricës ose midis asaj që ne e quajmë matricë "E" (matricë elektrike) dhe matricë "P" (matricë fotoni). Jam kurioz nëse duhet të gërmojmë më thellë në karakteristikat termike të ngjitësve.
Kjo ngre diskutime rreth materialeve lidhëse, përzgjedhjes së tyre dhe qëndrueshmërisë me kalimin e kohës. Është e qartë se teknologjia e lidhjes hibride është aplikuar në botën reale, por ende nuk është përdorur për prodhim masiv. Cila është gjendja aktuale e kësaj teknologjie?
Kelly: Të gjitha palët në zinxhirin e furnizimit po i kushtojnë vëmendje teknologjisë së lidhjes hibride. Aktualisht, kjo teknologji drejtohet kryesisht nga fonderitë, por kompanitë OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) po studiojnë gjithashtu seriozisht aplikimet e saj komerciale. Komponentët klasikë të lidhjes dielektrike hibride të bakrit i janë nënshtruar një validimi afatgjatë. Nëse pastërtia mund të kontrollohet, ky proces mund të prodhojë komponentë shumë të fortë. Megjithatë, ai ka kërkesa jashtëzakonisht të larta për pastërti dhe kostot e pajisjeve kapitale janë shumë të larta. Ne përjetuam përpjekje të hershme aplikimi në linjën e produkteve Ryzen të AMD, ku shumica e SRAM-ve përdornin teknologjinë e lidhjes hibride të bakrit. Megjithatë, nuk kam parë shumë klientë të tjerë që e aplikojnë këtë teknologji. Edhe pse është në planin teknologjik të shumë kompanive, duket se do të duhen edhe disa vite që kompletet e pajisjeve përkatëse të përmbushin kërkesat e pavarura të pastërtisë. Nëse mund të aplikohet në një mjedis fabrike me pastërti pak më të ulët se një fabrikë tipike pllake, dhe nëse mund të arrihen kosto më të ulëta, atëherë ndoshta kjo teknologji do të marrë më shumë vëmendje.
Chen: Sipas statistikave të mia, të paktën 37 punime mbi lidhjen hibride do të prezantohen në konferencën ECTC 2024. Ky është një proces që kërkon shumë ekspertizë dhe përfshin një sasi të konsiderueshme operacionesh të imëta gjatë montimit. Pra, kjo teknologji patjetër do të gjejë zbatim të gjerë. Tashmë ka disa raste aplikimi, por në të ardhmen, ajo do të bëhet më e përhapur në fusha të ndryshme.
Kur përmendni "operacione të mira", a po i referoheni nevojës për investime të konsiderueshme financiare?
Chen: Sigurisht, kjo përfshin kohë dhe ekspertizë. Kryerja e këtij operacioni kërkon një mjedis shumë të pastër, gjë që kërkon investime financiare. Gjithashtu kërkon pajisje përkatëse, të cilat në mënyrë të ngjashme kërkojnë fonde. Pra, kjo përfshin jo vetëm kostot operative, por edhe investimet në ambiente.
Kelly: Në rastet me një hapësirë prej 15 mikronësh ose më të madhe, ka një interes të konsiderueshëm në përdorimin e teknologjisë së lidhjes së pllakave të bakrit me pllaka. Idealisht, pllakat janë të sheshta dhe madhësitë e çipave nuk janë shumë të mëdha, duke lejuar ripërpunim me cilësi të lartë për disa nga këto hapësira. Ndërsa kjo paraqet disa sfida, është shumë më pak e kushtueshme sesa të angazhohesh në teknologjinë e lidhjes hibride të bakrit. Megjithatë, nëse kërkesa e saktësisë është 10 mikronë ose më e ulët, situata ndryshon. Kompanitë që përdorin teknologjinë e grumbullimit të çipave do të arrijnë hapësira mikronesh me një shifër të vetme, të tilla si 4 ose 5 mikronë, dhe nuk ka alternativë. Prandaj, teknologjia përkatëse do të zhvillohet në mënyrë të pashmangshme. Megjithatë, teknologjitë ekzistuese gjithashtu po përmirësohen vazhdimisht. Pra, tani po përqendrohemi në kufijtë deri në të cilët mund të shtrihen shtyllat e bakrit dhe nëse kjo teknologji do të zgjasë mjaftueshëm që klientët të vonojnë të gjitha investimet e zhvillimit të projektimit dhe "kualifikimit" në teknologjinë e vërtetë të lidhjes hibride të bakrit.
Chen: Ne do të përvetësojmë teknologjitë përkatëse vetëm kur të ketë kërkesë.
A ka shumë zhvillime të reja në fushën e përbërjeve të derdhura epoksi aktualisht?
Kelly: Komponimet e derdhura kanë pësuar ndryshime të rëndësishme. Koeficienti i tyre i zgjerimit termik (CTE) është zvogëluar shumë, duke i bërë ato më të favorshme për aplikime përkatëse nga perspektiva e presionit.
Otte: Duke u kthyer te diskutimi ynë i mëparshëm, sa çipa gjysmëpërçues prodhohen aktualisht me hapësirë 1 ose 2 mikronësh?
Kelly: Një pjesë e konsiderueshme.
Chen: Ndoshta më pak se 1%.
Otte: Pra, teknologjia që po diskutojmë nuk është e përhapur. Nuk është në fazën e kërkimit, pasi kompanitë kryesore po e aplikojnë këtë teknologji, por është e kushtueshme dhe ka rendimente të ulëta.
Kelly: Kjo zbatohet kryesisht në informatikën me performancë të lartë. Në ditët e sotme, përdoret jo vetëm në qendrat e të dhënave, por edhe në PC të nivelit të lartë dhe madje edhe në disa pajisje portative. Edhe pse këto pajisje janë relativisht të vogla, ato prapëseprapë kanë performancë të lartë. Megjithatë, në kontekstin më të gjerë të procesorëve dhe aplikacioneve CMOS, përqindja e saj mbetet relativisht e vogël. Për prodhuesit e zakonshëm të çipave, nuk ka nevojë të përvetësohet kjo teknologji.
Otte: Kjo është arsyeja pse është e habitshme të shohësh këtë teknologji që hyn në industrinë e automobilave. Makinat nuk kanë nevojë që çipat të jenë jashtëzakonisht të vegjël. Ato mund të qëndrojnë në procese 20 ose 40 nanometra, pasi kostoja për tranzistor në gjysmëpërçues është më e ulëta në këtë proces.
Kelly: Megjithatë, kërkesat llogaritëse për ADAS ose drejtimin autonom janë të njëjta me ato për PC-të me inteligjencë artificiale ose pajisje të ngjashme. Prandaj, industria e automobilave duhet të investojë në këto teknologji të përparuara.
Nëse cikli i produktit është pesë vjet, a mund ta zgjasë adoptimi i teknologjive të reja avantazhin për pesë vjet të tjerë?
Kelly: Ky është një argument shumë i arsyeshëm. Industria e automobilave ka një këndvështrim tjetër. Merrni në konsideratë kontrolluesit e thjeshtë servo ose pajisjet analoge relativisht të thjeshta që ekzistojnë prej 20 vitesh dhe janë me kosto shumë të ulët. Ato përdorin çipa të vegjël. Njerëzit në industrinë e automobilave duan të vazhdojnë t'i përdorin këto produkte. Ata duan të investojnë vetëm në pajisje kompjuterike shumë të nivelit të lartë me çipa të vegjël dixhitalë dhe ndoshta t'i çiftëzojnë ato me çipa analogë me kosto të ulët, memorie flash dhe çipa RF. Për ta, modeli i çipit të vogël ka shumë kuptim sepse mund të mbajnë shumë pjesë me kosto të ulët, të qëndrueshme dhe të gjeneratës së vjetër. Ata as nuk duan t'i ndryshojnë këto pjesë dhe as nuk kanë nevojë. Pastaj, ata thjesht duhet të shtojnë një çip të vogël të nivelit të lartë 5-nanometër ose 3-nanometër për të përmbushur funksionet e pjesës ADAS. Në fakt, ata po aplikojnë lloje të ndryshme çipash të vegjël në një produkt. Ndryshe nga fushat e PC-së dhe informatikës, industria e automobilave ka një gamë më të larmishme aplikimesh.
Chen: Për më tepër, këto çipa nuk kanë nevojë të instalohen pranë motorit, kështu që kushtet mjedisore janë relativisht më të mira.
Kelly: Temperatura e mjedisit në makina është mjaft e lartë. Prandaj, edhe nëse fuqia e çipit nuk është veçanërisht e lartë, industria e automobilave duhet të investojë disa fonde në zgjidhje të mira të menaxhimit termik dhe madje mund të marrë në konsideratë përdorimin e indiumit TIM (materialeve të ndërfaqes termike) sepse kushtet mjedisore janë shumë të ashpra.
Koha e postimit: 28 Prill 2025