อุตสาหกรรมชิปยานยนต์กำลังประสบกับการเปลี่ยนแปลง
เมื่อไม่นานนี้ ทีมวิศวกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้หารือเกี่ยวกับชิปขนาดเล็ก พันธะไฮบริด และวัสดุใหม่กับไมเคิล เคลลี่ รองประธานฝ่ายชิปขนาดเล็กและการรวม FCBGA ของ Amkor นอกจากนี้ ยังมีวิลเลียม เฉิน นักวิจัยของ ASE, ดิ๊ก อ็อตเต้ ซีอีโอของ Promex Industries และแซนเดอร์ โรเซนดาล ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ Synopsys Photonics Solutions เข้าร่วมในการอภิปรายด้วย ด้านล่างนี้คือข้อความบางส่วนจากการอภิปรายครั้งนี้
เป็นเวลาหลายปีที่การพัฒนาชิปยานยนต์ไม่ได้เป็นผู้นำในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ด้วยการเติบโตของรถยนต์ไฟฟ้าและการพัฒนาระบบอินโฟเทนเมนต์ขั้นสูง สถานการณ์ดังกล่าวจึงเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก คุณสังเกตเห็นปัญหาอะไรบ้าง
Kelly: ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) ระดับไฮเอนด์ต้องใช้โปรเซสเซอร์ที่มีกระบวนการ 5 นาโนเมตรหรือเล็กกว่าจึงจะสามารถแข่งขันในตลาดได้ เมื่อคุณเข้าสู่กระบวนการ 5 นาโนเมตรแล้ว คุณจะต้องพิจารณาต้นทุนเวเฟอร์ ซึ่งทำให้ต้องพิจารณาโซลูชันชิปขนาดเล็กอย่างรอบคอบ เนื่องจากการผลิตชิปขนาดใหญ่ด้วยกระบวนการ 5 นาโนเมตรนั้นทำได้ยาก นอกจากนี้ ผลผลิตยังต่ำ ส่งผลให้มีต้นทุนสูงมาก เมื่อต้องจัดการกับกระบวนการ 5 นาโนเมตรหรือขั้นสูงกว่านั้น ลูกค้ามักจะพิจารณาเลือกใช้ชิป 5 นาโนเมตรเพียงบางส่วนแทนที่จะใช้ชิปทั้งหมด ในขณะที่เพิ่มการลงทุนในขั้นตอนการบรรจุภัณฑ์ พวกเขาอาจคิดว่า "จะเป็นตัวเลือกที่คุ้มต้นทุนมากกว่าในการบรรลุประสิทธิภาพที่ต้องการด้วยวิธีนี้ แทนที่จะพยายามทำให้ฟังก์ชันทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ในชิปขนาดใหญ่หรือไม่" ดังนั้น บริษัทผลิตรถยนต์ระดับไฮเอนด์จึงให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีชิปขนาดเล็กอย่างแน่นอน บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมกำลังติดตามเรื่องนี้อย่างใกล้ชิด หากเปรียบเทียบกับสาขาการประมวลผล อุตสาหกรรมยานยนต์อาจตามหลังเทคโนโลยีชิปขนาดเล็กอยู่ 2 ถึง 4 ปี แต่แนวโน้มการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชิปขนาดเล็กในภาคยานยนต์นั้นชัดเจน อุตสาหกรรมยานยนต์มีข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือสูงมาก ดังนั้น ความน่าเชื่อถือของเทคโนโลยีชิปขนาดเล็กจึงต้องได้รับการพิสูจน์ อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชิปขนาดเล็กในวงกว้างในภาคยานยนต์กำลังจะเกิดขึ้นอย่างแน่นอน
เฉิน: ฉันไม่ได้สังเกตเห็นอุปสรรคสำคัญใดๆ ฉันคิดว่ามันเป็นเรื่องของความจำเป็นในการเรียนรู้และทำความเข้าใจข้อกำหนดการรับรองที่เกี่ยวข้องในเชิงลึกมากกว่า ซึ่งเรื่องนี้ย้อนกลับไปที่ระดับการวัด เราจะผลิตแพ็คเกจที่ตรงตามมาตรฐานยานยนต์ที่เข้มงวดอย่างยิ่งได้อย่างไร แต่แน่นอนว่าเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องนั้นพัฒนาอย่างต่อเนื่อง
เมื่อพิจารณาจากปัญหาความร้อนและความซับซ้อนต่างๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบแบบหลายได จะมีโปรไฟล์การทดสอบความเครียดแบบใหม่หรือการทดสอบประเภทต่างๆ หรือไม่ มาตรฐาน JEDEC ในปัจจุบันครอบคลุมระบบบูรณาการดังกล่าวได้หรือไม่
เฉิน: ผมเชื่อว่าเราจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการวินิจฉัยที่ครอบคลุมมากขึ้นเพื่อระบุแหล่งที่มาของความล้มเหลวได้อย่างชัดเจน เราได้หารือกันถึงการผสมผสานการวัดกับการวินิจฉัย และเรามีความรับผิดชอบในการคิดหาวิธีสร้างแพ็คเกจที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น ใช้วัสดุและกระบวนการที่มีคุณภาพสูงขึ้น และตรวจสอบความถูกต้องของสิ่งเหล่านี้
Kelly: ในปัจจุบัน เรากำลังดำเนินการศึกษาตัวอย่างกรณีศึกษาจากลูกค้า ซึ่งได้เรียนรู้บางสิ่งบางอย่างจากการทดสอบระดับระบบ โดยเฉพาะการทดสอบผลกระทบจากอุณหภูมิในการทดสอบบอร์ดฟังก์ชัน ซึ่งไม่ได้ครอบคลุมอยู่ในการทดสอบของ JEDEC การทดสอบของ JEDEC เป็นเพียงการทดสอบอุณหภูมิคงที่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับ "การเพิ่มขึ้น การลดลง และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ" อย่างไรก็ตาม การกระจายของอุณหภูมิในแพ็คเกจจริงนั้นแตกต่างอย่างมากจากสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง ลูกค้าจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ต้องการทดสอบระดับระบบตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากพวกเขาเข้าใจสถานการณ์นี้ แม้ว่าจะไม่ใช่ทุกคนจะทราบ เทคโนโลยีจำลองก็มีบทบาทในเรื่องนี้เช่นกัน หากใครมีทักษะในการจำลองการผสมผสานระหว่างความร้อนและกลไก การวิเคราะห์ปัญหาก็จะง่ายขึ้น เนื่องจากพวกเขารู้ว่าต้องเน้นที่ด้านใดในระหว่างการทดสอบ การทดสอบระดับระบบและเทคโนโลยีจำลองจะเสริมซึ่งกันและกัน อย่างไรก็ตาม แนวโน้มนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น
มีปัญหาด้านความร้อนที่ต้องแก้ไขในโหนดที่มีเทคโนโลยีครบถ้วนมากกว่าในอดีตหรือไม่?
Otte: ใช่ แต่ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา ปัญหาเรื่องความเรียบเท่ากันกลายเป็นเรื่องที่ชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ เราเห็นเสาทองแดง 5,000 ถึง 10,000 ต้นบนชิป โดยห่างกันระหว่าง 50 ไมครอนถึง 127 ไมครอน หากคุณตรวจสอบข้อมูลที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด คุณจะพบว่าการวางเสาทองแดงเหล่านี้บนพื้นผิวและดำเนินการทำความร้อน ทำความเย็น และบัดกรีแบบรีโฟลว์ ต้องมีความแม่นยำประมาณ 1 ส่วนต่อ 100,000 ส่วน ซึ่งความแม่นยำ 1 ส่วนต่อ 100,000 ส่วนนั้นก็เหมือนกับการหาใบหญ้าภายในความยาวของสนามฟุตบอล เราได้ซื้อเครื่องมือ Keyence ประสิทธิภาพสูงมาเพื่อวัดความเรียบของชิปและพื้นผิว แน่นอนว่า คำถามที่ตามมาคือจะควบคุมปรากฏการณ์การบิดเบี้ยวนี้ในระหว่างรอบการบัดกรีแบบรีโฟลว์ได้อย่างไร นี่เป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องได้รับการแก้ไข
เฉิน: ฉันจำได้ว่ามีการสนทนาเกี่ยวกับ Ponte Vecchio ซึ่งพวกเขาใช้การบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำเพื่อพิจารณาการประกอบมากกว่าเหตุผลด้านประสิทธิภาพ
ในเมื่อวงจรทั้งหมดที่อยู่ใกล้เคียงยังคงมีปัญหาเรื่องความร้อน ควรจะรวมโฟโตนิกส์เข้าไปด้วยอย่างไร?
Roosendaal: จำเป็นต้องทำการจำลองความร้อนสำหรับทุกแง่มุม และการสกัดความถี่สูงก็จำเป็นเช่นกัน เนื่องจากสัญญาณที่เข้ามาเป็นสัญญาณความถี่สูง ดังนั้น จึงต้องแก้ไขปัญหา เช่น การจับคู่อิมพีแดนซ์และการต่อลงดินที่เหมาะสม อาจมีการไล่ระดับอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจเกิดขึ้นภายในแม่พิมพ์เอง หรือระหว่างสิ่งที่เราเรียกว่าแม่พิมพ์ "E" (แม่พิมพ์ไฟฟ้า) และแม่พิมพ์ "P" (แม่พิมพ์โฟตอน) ฉันอยากรู้ว่าเราจำเป็นต้องเจาะลึกลงไปในลักษณะทางความร้อนของกาวหรือไม่
เรื่องนี้ทำให้เกิดการถกเถียงกันเกี่ยวกับวัสดุยึดติด การคัดเลือก และความเสถียรตามกาลเวลา เห็นได้ชัดว่าเทคโนโลยีการยึดติดแบบไฮบริดได้รับการนำไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริงแล้ว แต่ยังไม่มีการนำมาใช้ในการผลิตจำนวนมาก สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีนี้เป็นอย่างไร
เคลลี่: ทุกฝ่ายในห่วงโซ่อุปทานต่างให้ความสนใจกับเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริด ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ได้รับการนำโดยโรงหล่อเป็นหลัก แต่บริษัท OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) ก็กำลังศึกษาการใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างจริงจังเช่นกัน ส่วนประกอบการเชื่อมแบบไฮบริดทองแดงแบบคลาสสิกได้ผ่านการตรวจสอบมาเป็นเวลานานแล้ว หากสามารถควบคุมความสะอาดได้ กระบวนการนี้สามารถผลิตส่วนประกอบที่มีความทนทานมากได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีข้อกำหนดเรื่องความสะอาดสูงมาก และต้นทุนอุปกรณ์ทุนก็สูงมาก เราพบเห็นความพยายามในการใช้งานในช่วงแรกในกลุ่มผลิตภัณฑ์ Ryzen ของ AMD ซึ่ง SRAM ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดทองแดง อย่างไรก็ตาม ฉันยังไม่เห็นลูกค้ารายอื่นมากนักที่นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ แม้ว่าจะอยู่ในแผนงานด้านเทคโนโลยีของบริษัทหลายแห่ง แต่ดูเหมือนว่าจะต้องใช้เวลาอีกไม่กี่ปีกว่าที่ชุดอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องจะตอบสนองความต้องการด้านความสะอาดที่เป็นอิสระ หากสามารถนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมของโรงงานที่มีความสะอาดต่ำกว่าโรงงานผลิตเวเฟอร์ทั่วไปเล็กน้อย และหากสามารถบรรลุต้นทุนที่ต่ำลงได้ เทคโนโลยีนี้อาจได้รับความสนใจมากขึ้น
เฉิน: ตามสถิติของฉัน อย่างน้อย 37 บทความเกี่ยวกับพันธะไฮบริดจะถูกนำเสนอในการประชุม ECTC ปี 2024 นี่คือกระบวนการที่ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญอย่างมากและเกี่ยวข้องกับการดำเนินการที่ละเอียดอ่อนจำนวนมากในระหว่างการประกอบ ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จะได้รับการนำไปใช้ในวงกว้างอย่างแน่นอน ขณะนี้มีกรณีการใช้งานบางส่วนแล้ว แต่ในอนาคต เทคโนโลยีนี้จะแพร่หลายมากขึ้นในสาขาต่างๆ
เมื่อคุณพูดถึง “การดำเนินงานที่ดี” คุณหมายถึงความจำเป็นในการลงทุนทางการเงินที่สำคัญใช่หรือไม่?
เฉิน: แน่นอนว่าต้องใช้เวลาและความเชี่ยวชาญ การดำเนินการนี้ต้องมีสภาพแวดล้อมที่สะอาดมาก ซึ่งต้องลงทุนทางการเงิน นอกจากนี้ยังต้องมีอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องซึ่งต้องระดมทุนเช่นกัน ดังนั้นจึงต้องมีไม่เพียงแค่ต้นทุนการดำเนินงานเท่านั้น แต่ยังต้องลงทุนในสิ่งอำนวยความสะดวกด้วย
เคลลี่: ในกรณีที่มีระยะห่าง 15 ไมครอนขึ้นไป เทคโนโลยีเวเฟอร์ต่อเวเฟอร์ของเสาทองแดงมีความสนใจอย่างมาก โดยในอุดมคติแล้ว เวเฟอร์จะแบน และขนาดชิปจะไม่ใหญ่เกินไป ทำให้สามารถรีโฟลว์คุณภาพสูงสำหรับระยะห่างเหล่านี้บางส่วนได้ แม้ว่าจะนำมาซึ่งความท้าทายบางประการ แต่ก็มีต้นทุนน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับการมุ่งมั่นในเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดของทองแดง อย่างไรก็ตาม หากข้อกำหนดความแม่นยำอยู่ที่ 10 ไมครอนหรือต่ำกว่า สถานการณ์จะเปลี่ยนไป บริษัทที่ใช้เทคโนโลยีการเรียงซ้อนชิปจะบรรลุระยะห่างไมครอนเพียงหลักเดียว เช่น 4 หรือ 5 ไมครอน และไม่มีทางเลือกอื่น ดังนั้น เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องจึงจะพัฒนาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีที่มีอยู่ก็พัฒนาอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ดังนั้น ตอนนี้ เราจึงมุ่งเน้นไปที่ขีดจำกัดที่เสาทองแดงสามารถขยายได้ และเทคโนโลยีนี้จะคงอยู่ได้นานเพียงพอหรือไม่ที่ลูกค้าจะชะลอการลงทุนด้านการออกแบบและการพัฒนา "คุณสมบัติ" ในเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดของทองแดงแท้
เฉิน: เราจะนำเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องมาใช้เฉพาะเมื่อมีความต้องการเท่านั้น
ปัจจุบันมีการพัฒนาใหม่ๆ มากมายในด้านสารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซีหรือไม่?
เคลลี่: สารประกอบการขึ้นรูปได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ค่า CTE (สัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน) ลดลงอย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องจากมุมมองของแรงดัน
อ็อตเต้: กลับมาที่การสนทนาครั้งก่อน ปัจจุบันมีการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่มีระยะห่าง 1 หรือ 2 ไมครอนกี่ชิ้น?
เคลลี่: สัดส่วนที่สำคัญ
เฉิน: อาจจะน้อยกว่า 1%
อ็อตเต้: เทคโนโลยีที่เรากำลังพูดถึงนั้นไม่ใช่กระแสหลัก ไม่ได้อยู่ในขั้นตอนการวิจัย เนื่องจากบริษัทชั้นนำต่างนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้จริง แต่มีค่าใช้จ่ายสูงและให้ผลตอบแทนต่ำ
เคลลี่: ส่วนใหญ่จะนำมาใช้ในการประมวลผลประสิทธิภาพสูง ปัจจุบันนี้ ไม่เพียงแต่ใช้ในศูนย์ข้อมูลเท่านั้น แต่ยังใช้ในพีซีระดับไฮเอนด์และแม้แต่ในอุปกรณ์พกพาบางประเภทด้วย แม้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะมีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ก็ยังมีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม ในบริบทที่กว้างขึ้นของโปรเซสเซอร์และแอปพลิเคชัน CMOS สัดส่วนของโปรเซสเซอร์และ CMOS ยังคงค่อนข้างน้อย สำหรับผู้ผลิตชิปทั่วไป ไม่จำเป็นต้องนำเทคโนโลยีนี้มาใช้
อ็อตเต้: นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงน่าแปลกใจที่เทคโนโลยีนี้เข้าสู่ตลาดอุตสาหกรรมยานยนต์ รถยนต์ไม่จำเป็นต้องมีชิปที่เล็กมาก ชิปสามารถคงอยู่ที่กระบวนการขนาด 20 หรือ 40 นาโนเมตรได้ เนื่องจากต้นทุนต่อทรานซิสเตอร์ในเซมิคอนดักเตอร์ต่ำที่สุดในกระบวนการนี้
เคลลี่: อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดด้านการคำนวณสำหรับ ADAS หรือการขับขี่อัตโนมัติจะเหมือนกับข้อกำหนดสำหรับพีซี AI หรืออุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้น อุตสาหกรรมยานยนต์จึงจำเป็นต้องลงทุนในเทคโนโลยีล้ำสมัยเหล่านี้
หากวงจรผลิตภัณฑ์มีระยะเวลา 5 ปี การนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้จะสามารถขยายข้อได้เปรียบออกไปอีก 5 ปีได้หรือไม่
เคลลี่: นั่นเป็นประเด็นที่สมเหตุสมผลมาก อุตสาหกรรมยานยนต์มีมุมมองอื่นอีกมุมหนึ่ง ลองพิจารณาตัวควบคุมเซอร์โวแบบเรียบง่ายหรืออุปกรณ์แอนะล็อกที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งมีอยู่มานาน 20 ปีและมีต้นทุนต่ำมาก อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ชิปขนาดเล็ก ผู้คนในอุตสาหกรรมยานยนต์ต้องการใช้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ต่อไป พวกเขาต้องการลงทุนกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ระดับไฮเอนด์ที่มีชิปดิจิทัลขนาดเล็กเท่านั้น และอาจจับคู่กับชิปแอนะล็อกราคาประหยัด หน่วยความจำแฟลช และชิป RF สำหรับพวกเขา โมเดลชิปขนาดเล็กนั้นสมเหตุสมผลมาก เนื่องจากสามารถเก็บชิ้นส่วนรุ่นเก่าที่เสถียรและมีต้นทุนต่ำได้หลายชิ้น พวกเขาไม่ต้องการเปลี่ยนชิ้นส่วนเหล่านี้และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนด้วย จากนั้น พวกเขาเพียงแค่ต้องเพิ่มชิปขนาดเล็กระดับไฮเอนด์ขนาด 5 นาโนเมตรหรือ 3 นาโนเมตรเพื่อตอบสนองฟังก์ชันของส่วน ADAS ในความเป็นจริง พวกเขากำลังใช้ชิปขนาดเล็กหลายประเภทในผลิตภัณฑ์เดียว ซึ่งแตกต่างจากสาขาพีซีและคอมพิวเตอร์ อุตสาหกรรมยานยนต์มีการใช้งานที่หลากหลายกว่า
เฉิน: ยิ่งไปกว่านั้น ชิปเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งถัดจากเครื่องยนต์ ดังนั้นสภาพแวดล้อมจึงดีกว่าค่อนข้างมาก
เคลลี่: อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมในรถยนต์ค่อนข้างสูง ดังนั้น แม้ว่าชิปจะมีพลังงานไม่สูงมากนัก แต่ภาคอุตสาหกรรมยานยนต์จำเป็นต้องลงทุนกับโซลูชันการจัดการความร้อนที่ดี และอาจพิจารณาใช้วัสดุอินเดียมทิม (วัสดุอินเทอร์เฟซทางความร้อน) เนื่องจากสภาพแวดล้อมมีความรุนแรงมาก
เวลาโพสต์ : 28 เม.ย. 2568