Otomotiv çip endüstrisi değişim geçiriyor
Yakın zamanda, yarı iletken mühendislik ekibi, Amkor'un küçük çip ve FCBGA entegrasyonunun Başkan Yardımcısı Michael Kelly ile küçük çipler, hibrit bağlama ve yeni malzemeler hakkında görüştü. Tartışmaya ayrıca ASE araştırmacısı William Chen, Promex Industries CEO'su Dick Otte ve Synopsys Photonics Solutions Ar-Ge Direktörü Sander Roosendaal da katıldı. Aşağıda bu tartışmadan alıntılar bulunmaktadır.
Uzun yıllar boyunca otomotiv çiplerinin geliştirilmesi sektörde lider bir konuma sahip olmadı. Ancak elektrikli araçların yükselişi ve gelişmiş bilgi-eğlence sistemlerinin geliştirilmesiyle bu durum önemli ölçüde değişti. Hangi sorunları fark ettiniz?
Kelly: Üst düzey ADAS (Gelişmiş Sürücü Destek Sistemleri), pazarda rekabet edebilmek için 5 nanometrelik veya daha küçük bir işleme sahip işlemciler gerektirir. 5 nanometrelik işleme girdiğinizde, 5 nanometrelik işlemde büyük yongalar üretmek zor olduğundan, küçük yonga çözümlerinin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesine yol açan yonga maliyetlerini göz önünde bulundurmanız gerekir. Ek olarak, verim düşüktür ve bu da son derece yüksek maliyetlere neden olur. 5 nanometrelik veya daha gelişmiş işlemlerle uğraşırken, müşteriler genellikle paketleme aşamasına yatırımı artırırken, tüm yongayı kullanmak yerine 5 nanometrelik yonganın bir kısmını seçmeyi düşünürler. "Daha büyük bir yongada tüm işlevleri tamamlamaya çalışmaktansa, gerekli performansı bu şekilde elde etmek daha uygun maliyetli bir seçenek olur mu?" diye düşünebilirler. Yani, evet, üst düzey otomotiv şirketleri kesinlikle küçük yonga teknolojisine dikkat ediyor. Sektördeki lider şirketler bunu yakından takip ediyor. Bilgisayar alanıyla karşılaştırıldığında, otomotiv endüstrisi küçük yonga teknolojisinin uygulanmasında muhtemelen 2 ila 4 yıl geridedir, ancak otomotiv sektöründeki uygulamasına yönelik eğilim açıktır. Otomotiv endüstrisinin son derece yüksek güvenilirlik gereksinimleri vardır, bu nedenle küçük çip teknolojisinin güvenilirliği kanıtlanmalıdır. Ancak, küçük çip teknolojisinin otomotiv alanında büyük ölçekli uygulaması kesinlikle yoldadır.
Chen: Herhangi bir önemli engel fark etmedim. Bence daha çok ilgili sertifikasyon gerekliliklerini derinlemesine öğrenme ve anlama ihtiyacıyla ilgili. Bu, metroloji düzeyine geri dönüyor. Son derece katı otomotiv standartlarını karşılayan paketleri nasıl üretiyoruz? Ancak ilgili teknolojinin sürekli olarak geliştiği kesin.
Çoklu kalıp bileşenleriyle ilişkili birçok termal sorun ve karmaşıklık göz önüne alındığında, yeni stres testi profilleri veya farklı test türleri olacak mı? Mevcut JEDEC standartları bu tür entegre sistemleri kapsayabilir mi?
Chen: Arızaların kaynağını açıkça belirlemek için daha kapsamlı teşhis yöntemleri geliştirmemiz gerektiğine inanıyorum. Metrolojiyi teşhisle birleştirmeyi tartıştık ve daha sağlam paketlerin nasıl oluşturulacağını, daha kaliteli malzemeler ve süreçler kullanılacağını ve bunların nasıl doğrulanacağını bulma sorumluluğumuz var.
Kelly: Günümüzde, özellikle JEDEC testlerinde ele alınmayan fonksiyonel kart testlerinde sıcaklık etkisi testi olmak üzere sistem düzeyindeki testlerden bir şeyler öğrenmiş müşterilerle vaka çalışmaları yürütüyoruz. JEDEC testi, "sıcaklık artışı, düşüşü ve sıcaklık geçişi" içeren yalnızca izotermal testtir. Ancak, gerçek paketlerdeki sıcaklık dağılımı gerçek dünyada meydana gelenlerden çok uzaktır. Giderek daha fazla müşteri, bu durumu anladıkları için erken sistem düzeyinde test yapmak istiyor, ancak herkes bunun farkında değil. Simülasyon teknolojisi de burada bir rol oynuyor. Kişi termal-mekanik kombinasyon simülasyonunda yetenekliyse, test sırasında hangi yönlere odaklanacağını bildiği için sorunları analiz etmek daha kolay hale gelir. Sistem düzeyinde test ve simülasyon teknolojisi birbirini tamamlar. Ancak, bu eğilim hala erken aşamalarındadır.
Olgun teknoloji düğümlerinde geçmişe kıyasla daha fazla termal sorunla mı karşılaşılıyor?
Otte: Evet, ancak son birkaç yılda, eşdüzlemsellik sorunları giderek daha belirgin hale geldi. Bir çip üzerinde 50 mikron ile 127 mikron arasında aralıklı 5.000 ila 10.000 bakır sütun görüyoruz. İlgili verileri yakından incelerseniz, bu bakır sütunları alt tabaka üzerine yerleştirmenin ve ısıtma, soğutma ve reflow lehimleme işlemlerini gerçekleştirmenin yaklaşık yüz binde bir eşdüzlemsellik hassasiyetine ulaşmayı gerektirdiğini göreceksiniz. Yüz binde bir hassasiyet, bir futbol sahasının uzunluğu içinde bir çimen yaprağı bulmaya benzer. Çipin ve alt tabakanın düzlüğünü ölçmek için bazı yüksek performanslı Keyence araçları satın aldık. Elbette, ortaya çıkan soru, reflow lehimleme döngüsü sırasında bu eğilme olgusunu nasıl kontrol edeceğimizdir? Bu, ele alınması gereken acil bir sorundur.
Chen: Ponte Vecchio ile ilgili tartışmaları hatırlıyorum. Orada performans nedenlerinden ziyade montaj açısından düşük sıcaklıkta lehim kullanılıyordu.
Yakınlardaki tüm devrelerde hala termal sorunlar olduğu göz önüne alındığında, fotonik buna nasıl entegre edilebilir?
Roosendaal: Tüm yönler için termal simülasyon yapılması gerekiyor ve yüksek frekanslı çıkarma da gerekli çünkü giren sinyaller yüksek frekanslı sinyaller. Bu nedenle, empedans uyumu ve uygun topraklama gibi konuların ele alınması gerekiyor. Kalıbın kendisinde veya "E" kalıbı (elektrik kalıbı) ve "P" kalıbı (foton kalıbı) dediğimiz kalıp arasında önemli sıcaklık gradyanları olabilir. Yapıştırıcıların termal özelliklerini daha derinlemesine incelememiz gerekip gerekmediğini merak ediyorum.
Bu, bağlayıcı malzemeler, bunların seçimi ve zaman içindeki kararlılığı hakkında tartışmaları gündeme getiriyor. Hibrit bağlayıcı teknoloji gerçek dünyada uygulanmış olsa da henüz seri üretimde kullanılmamıştır. Bu teknolojinin şu anki durumu nedir?
Kelly: Tedarik zincirindeki tüm taraflar hibrit bağlama teknolojisine dikkat ediyor. Şu anda, bu teknoloji çoğunlukla dökümhaneler tarafından yönetiliyor, ancak OSAT (Dış Kaynaklı Yarı İletken Montajı ve Testi) şirketleri de ticari uygulamalarını ciddi şekilde inceliyor. Klasik bakır hibrit dielektrik bağlama bileşenleri uzun vadeli doğrulamadan geçti. Temizlik kontrol edilebilirse, bu işlem çok sağlam bileşenler üretebilir. Ancak, son derece yüksek temizlik gereksinimleri vardır ve sermaye ekipman maliyetleri çok yüksektir. Çoğu SRAM'ın bakır hibrit bağlama teknolojisini kullandığı AMD'nin Ryzen ürün serisinde erken uygulama girişimleri yaşadık. Ancak, bu teknolojiyi uygulayan başka pek çok müşteri görmedim. Birçok şirketin teknoloji yol haritalarında yer almasına rağmen, ilgili ekipman paketlerinin bağımsız temizlik gereksinimlerini karşılamasının birkaç yıl daha süreceği anlaşılıyor. Tipik bir gofret fabrikasından biraz daha düşük temizliğe sahip bir fabrika ortamında uygulanabilirse ve daha düşük maliyetler elde edilebilirse, o zaman belki de bu teknoloji daha fazla ilgi görecektir.
Chen: İstatistiklerime göre, 2024 ECTC konferansında hibrit bağlama üzerine en az 37 makale sunulacak. Bu, çok fazla uzmanlık gerektiren ve montaj sırasında önemli miktarda ince işlem içeren bir işlemdir. Bu nedenle bu teknoloji kesinlikle yaygın bir uygulama görecektir. Zaten bazı uygulama örnekleri var, ancak gelecekte çeşitli alanlarda daha yaygın hale gelecektir.
"İyi operasyonlar" derken önemli miktarda finansal yatırıma ihtiyaç duyulmasından mı bahsediyorsunuz?
Chen: Elbette, zaman ve uzmanlık gerektirir. Bu operasyonu gerçekleştirmek çok temiz bir ortam gerektirir, bu da finansal yatırım gerektirir. Ayrıca ilgili ekipman gerektirir, bu da benzer şekilde fon gerektirir. Yani bu sadece operasyonel maliyetleri değil, aynı zamanda tesislere yatırımı da içerir.
Kelly: 15 mikron veya daha büyük aralıklı durumlarda, bakır sütunlu yonga-yonga teknolojisinin kullanılmasına yönelik önemli bir ilgi vardır. İdeal olarak, yongalar düzdür ve yonga boyutları çok büyük değildir, bu aralıkların bazıları için yüksek kaliteli yeniden akışa izin verir. Bu bazı zorluklara yol açsa da, bakır hibrit bağlama teknolojisine bağlı kalmaktan çok daha az maliyetlidir. Ancak, hassasiyet gereksinimi 10 mikron veya daha düşükse, durum değişir. Yonga istifleme teknolojisini kullanan şirketler, 4 veya 5 mikron gibi tek haneli mikron aralıklarına ulaşacak ve başka bir alternatif olmayacaktır. Bu nedenle, ilgili teknoloji kaçınılmaz olarak gelişecektir. Ancak, mevcut teknolojiler de sürekli olarak iyileştirilmektedir. Bu nedenle, şimdi bakır sütunların ne kadar genişleyebileceğine ve bu teknolojinin müşterilerin gerçek bakır hibrit bağlama teknolojisine yönelik tüm tasarım ve "nitelik" geliştirme yatırımlarını ertelemeleri için yeterince uzun süre dayanıp dayanmayacağına odaklanıyoruz.
Chen: Sadece talep olduğunda ilgili teknolojileri benimseyeceğiz.
Epoksi kalıplama bileşiği alanında şu anda çok fazla yeni gelişme var mı?
Kelly: Kalıplama bileşikleri önemli değişikliklere uğradı. CTE'leri (termal genleşme katsayısı) büyük ölçüde azaltıldı ve bu da onları basınç açısından ilgili uygulamalar için daha elverişli hale getirdi.
Otte: Önceki tartışmamıza dönecek olursak, şu anda 1 veya 2 mikron aralıklı kaç adet yarı iletken çip üretiliyor?
Kelly: Önemli bir oran.
Chen: Muhtemelen %1'den az.
Otte: Yani tartıştığımız teknoloji ana akım değil. Araştırma aşamasında değil, çünkü önde gelen şirketler bu teknolojiyi uyguluyor, ancak maliyetli ve düşük getirisi var.
Kelly: Bu, esas olarak yüksek performanslı bilgi işlemde uygulanır. Günümüzde, yalnızca veri merkezlerinde değil, aynı zamanda üst düzey PC'lerde ve hatta bazı taşınabilir cihazlarda da kullanılır. Bu cihazlar nispeten küçük olsa da, yine de yüksek performansa sahiptirler. Ancak, işlemciler ve CMOS uygulamalarının daha geniş bağlamında, oranı nispeten küçük kalır. Sıradan çip üreticileri için, bu teknolojiyi benimsemeye gerek yoktur.
Otte: Bu yüzden bu teknolojinin otomotiv sektörüne girmesi şaşırtıcı. Arabaların çiplerinin aşırı küçük olmasına gerek yok. 20 veya 40 nanometrelik süreçlerde kalabilirler, çünkü yarı iletkenlerde transistör başına maliyet bu süreçte en düşüktür.
Kelly: Ancak, ADAS veya otonom sürüş için hesaplama gereksinimleri, AI PC'ler veya benzer cihazlar için olanlarla aynıdır. Bu nedenle, otomotiv endüstrisinin bu son teknolojilere yatırım yapması gerekir.
Ürün döngüsü beş yıl ise, yeni teknolojilerin benimsenmesi avantajı beş yıl daha uzatabilir mi?
Kelly: Bu çok mantıklı bir nokta. Otomotiv endüstrisinin başka bir açısı daha var. 20 yıldır var olan ve çok düşük maliyetli olan basit servo kontrol cihazlarını veya nispeten basit analog cihazları düşünün. Küçük çipler kullanırlar. Otomotiv endüstrisindeki insanlar bu ürünleri kullanmaya devam etmek isterler. Sadece dijital küçük çiplere sahip çok yüksek kaliteli bilgi işlem cihazlarına yatırım yapmak ve bunları düşük maliyetli analog çipler, flaş bellek ve RF çiplerle eşleştirmek isterler. Onlar için küçük çip modeli çok mantıklıdır çünkü birçok düşük maliyetli, kararlı, eski nesil parçayı koruyabilirler. Bu parçaları ne değiştirmek isterler ne de değiştirmeleri gerekir. Daha sonra, ADAS bölümünün işlevlerini yerine getirmek için sadece yüksek kaliteli 5 nanometre veya 3 nanometre küçük bir çip eklemeleri gerekir. Aslında, tek bir üründe çeşitli küçük çip türleri uygularlar. PC ve bilgi işlem alanlarının aksine, otomotiv endüstrisinin daha çeşitli uygulama yelpazesi vardır.
Chen: Ayrıca bu çiplerin motorun yanına yerleştirilmesine gerek kalmıyor, dolayısıyla çevre koşulları da nispeten daha iyi oluyor.
Kelly: Arabalardaki ortam sıcaklığı oldukça yüksektir. Bu nedenle, çipin gücü özellikle yüksek olmasa bile, otomotiv endüstrisi iyi termal yönetim çözümlerine biraz para yatırmalı ve hatta çevre koşulları çok sert olduğu için indiyum TIM (termal arayüz malzemeleri) kullanmayı bile düşünebilir.
Gönderi zamanı: 28-Nis-2025