Industri chip otomotif sedang mengalami perubahan
Baru-baru ini, tim teknik semikonduktor membahas chip kecil, ikatan hibrida, dan material baru dengan Michael Kelly, Wakil Presiden chip kecil Amkor dan integrasi FCBGA. Peneliti ASE William Chen, CEO Promex Industries Dick Otte, dan Sander Roosendaal, Direktur R&D Synopsys Photonics Solutions juga turut berpartisipasi dalam diskusi tersebut. Berikut ini adalah kutipan dari diskusi ini.
Selama bertahun-tahun, pengembangan chip otomotif tidak menjadi yang terdepan dalam industri ini. Namun, dengan munculnya kendaraan listrik dan pengembangan sistem infotainment canggih, situasi ini telah berubah secara dramatis. Masalah apa yang Anda perhatikan?
Kelly: ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) kelas atas memerlukan prosesor dengan proses 5 nanometer atau lebih kecil agar dapat bersaing di pasar. Setelah memasuki proses 5 nanometer, Anda harus mempertimbangkan biaya wafer, yang mengarah pada pertimbangan cermat terhadap solusi chip kecil, karena sulit untuk memproduksi chip besar pada proses 5 nanometer. Selain itu, hasilnya rendah, sehingga biayanya sangat tinggi. Saat berhadapan dengan proses 5 nanometer atau yang lebih canggih, pelanggan biasanya mempertimbangkan untuk memilih sebagian dari chip 5 nanometer daripada menggunakan seluruh chip, sambil meningkatkan investasi pada tahap pengemasan. Mereka mungkin berpikir, "Apakah akan menjadi pilihan yang lebih hemat biaya untuk mencapai kinerja yang dibutuhkan dengan cara ini, daripada mencoba menyelesaikan semua fungsi dalam chip yang lebih besar?" Jadi, ya, perusahaan otomotif kelas atas benar-benar memperhatikan teknologi chip kecil. Perusahaan-perusahaan terkemuka di industri ini memantau hal ini dengan saksama. Dibandingkan dengan bidang komputasi, industri otomotif mungkin tertinggal 2 hingga 4 tahun dalam penerapan teknologi chip kecil, tetapi tren penerapannya di sektor otomotif jelas. Industri otomotif memiliki persyaratan keandalan yang sangat tinggi, sehingga keandalan teknologi chip kecil harus dibuktikan. Namun, penerapan teknologi chip kecil dalam skala besar di bidang otomotif sudah pasti akan segera dilakukan.
Chen: Saya belum melihat adanya kendala yang berarti. Saya rasa ini lebih tentang perlunya mempelajari dan memahami persyaratan sertifikasi yang relevan secara mendalam. Ini kembali ke tingkat metrologi. Bagaimana kita memproduksi paket yang memenuhi standar otomotif yang sangat ketat? Namun, yang pasti teknologi yang relevan terus berkembang.
Mengingat banyaknya masalah termal dan kompleksitas yang terkait dengan komponen multi-die, apakah akan ada profil uji tegangan baru atau jenis pengujian yang berbeda? Apakah standar JEDEC saat ini dapat mencakup sistem terintegrasi tersebut?
Chen: Saya yakin kita perlu mengembangkan metode diagnostik yang lebih komprehensif untuk mengidentifikasi sumber kegagalan dengan jelas. Kita telah membahas penggabungan metrologi dengan diagnostik, dan kita memiliki tanggung jawab untuk mencari tahu cara membangun paket yang lebih tangguh, menggunakan bahan dan proses berkualitas lebih tinggi, serta memvalidasinya.
Kelly: Saat ini, kami tengah melakukan studi kasus dengan pelanggan, yang telah mempelajari sesuatu dari pengujian tingkat sistem, khususnya pengujian dampak suhu dalam pengujian papan fungsional, yang tidak tercakup dalam pengujian JEDEC. Pengujian JEDEC hanyalah pengujian isotermal, yang melibatkan "kenaikan, penurunan, dan transisi suhu." Akan tetapi, distribusi suhu dalam kemasan aktual jauh dari apa yang terjadi di dunia nyata. Semakin banyak pelanggan yang ingin melakukan pengujian tingkat sistem lebih awal karena mereka memahami situasi ini, meskipun tidak semua orang menyadarinya. Teknologi simulasi juga berperan di sini. Jika seseorang terampil dalam simulasi kombinasi termal-mekanis, menganalisis masalah menjadi lebih mudah karena mereka tahu aspek apa yang harus difokuskan selama pengujian. Pengujian tingkat sistem dan teknologi simulasi saling melengkapi. Akan tetapi, tren ini masih dalam tahap awal.
Apakah ada lebih banyak masalah termal yang harus diatasi pada node teknologi matang dibandingkan di masa lalu?
Otte: Ya, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, masalah koplanaritas semakin menonjol. Kami melihat 5.000 hingga 10.000 pilar tembaga pada sebuah chip, berjarak antara 50 mikron dan 127 mikron. Jika Anda memeriksa data yang relevan dengan saksama, Anda akan menemukan bahwa menempatkan pilar tembaga ini pada substrat dan melakukan operasi pemanasan, pendinginan, dan penyolderan reflow memerlukan pencapaian sekitar satu bagian dalam seratus ribu presisi koplanaritas. Satu bagian dalam seratus ribu presisi seperti menemukan sehelai rumput dalam panjang lapangan sepak bola. Kami telah membeli beberapa alat Keyence berkinerja tinggi untuk mengukur kerataan chip dan substrat. Tentu saja, pertanyaan berikutnya adalah bagaimana mengendalikan fenomena lengkungan ini selama siklus penyolderan reflow? Ini adalah masalah mendesak yang perlu ditangani.
Chen: Saya ingat diskusi tentang Ponte Vecchio, di mana mereka menggunakan solder suhu rendah untuk pertimbangan perakitan daripada alasan kinerja.
Mengingat semua sirkuit di dekatnya masih memiliki masalah termal, bagaimana fotonik harus diintegrasikan ke dalamnya?
Roosendaal: Simulasi termal perlu dilakukan untuk semua aspek, dan ekstraksi frekuensi tinggi juga diperlukan karena sinyal yang masuk adalah sinyal frekuensi tinggi. Oleh karena itu, masalah seperti pencocokan impedansi dan pentanahan yang tepat perlu ditangani. Mungkin ada gradien suhu yang signifikan, yang mungkin ada di dalam die itu sendiri atau antara apa yang kita sebut die "E" (die listrik) dan die "P" (die foton). Saya ingin tahu apakah kita perlu mempelajari lebih dalam karakteristik termal perekat.
Hal ini menimbulkan diskusi tentang bahan pengikat, pemilihannya, dan stabilitasnya dari waktu ke waktu. Jelas bahwa teknologi pengikatan hibrida telah diterapkan di dunia nyata, tetapi belum digunakan untuk produksi massal. Bagaimana kondisi teknologi ini saat ini?
Kelly: Semua pihak dalam rantai pasokan memperhatikan teknologi pengikatan hibrida. Saat ini, teknologi ini sebagian besar dipimpin oleh pabrik pengecoran, tetapi perusahaan OSAT (Perakitan dan Pengujian Semikonduktor Teralihdayakan) juga secara serius mempelajari aplikasi komersialnya. Komponen pengikatan dielektrik hibrida tembaga klasik telah menjalani validasi jangka panjang. Jika kebersihan dapat dikontrol, proses ini dapat menghasilkan komponen yang sangat kuat. Namun, persyaratan kebersihannya sangat tinggi, dan biaya peralatan modalnya sangat tinggi. Kami mengalami upaya penerapan awal pada lini produk Ryzen AMD, di mana sebagian besar SRAM menggunakan teknologi pengikatan hibrida tembaga. Namun, saya belum melihat banyak pelanggan lain yang menerapkan teknologi ini. Meskipun teknologi ini ada dalam peta jalan teknologi banyak perusahaan, tampaknya perlu beberapa tahun lagi agar rangkaian peralatan terkait memenuhi persyaratan kebersihan independen. Jika teknologi ini dapat diterapkan di lingkungan pabrik dengan kebersihan yang sedikit lebih rendah daripada pabrik wafer biasa, dan jika biaya yang lebih rendah dapat dicapai, mungkin teknologi ini akan lebih diperhatikan.
Chen: Menurut statistik saya, setidaknya 37 makalah tentang ikatan hibrida akan dipresentasikan pada konferensi ECTC 2024. Ini adalah proses yang membutuhkan banyak keahlian dan melibatkan sejumlah besar operasi halus selama perakitan. Jadi teknologi ini pasti akan banyak diaplikasikan. Sudah ada beberapa kasus aplikasi, tetapi di masa mendatang, teknologi ini akan semakin umum di berbagai bidang.
Ketika Anda menyebutkan "operasi yang bagus," apakah Anda mengacu pada perlunya investasi finansial yang signifikan?
Chen: Tentu saja, ini mencakup waktu dan keahlian. Melakukan operasi ini memerlukan lingkungan yang sangat bersih, yang memerlukan investasi finansial. Ini juga memerlukan peralatan terkait, yang juga memerlukan pendanaan. Jadi ini tidak hanya melibatkan biaya operasional tetapi juga investasi dalam fasilitas.
Kelly: Dalam kasus dengan jarak 15 mikron atau lebih besar, ada minat yang signifikan untuk menggunakan teknologi wafer-ke-wafer pilar tembaga. Idealnya, wafernya datar, dan ukuran chipnya tidak terlalu besar, sehingga memungkinkan reflow berkualitas tinggi untuk beberapa jarak ini. Meskipun hal ini menghadirkan beberapa tantangan, biayanya jauh lebih murah daripada menggunakan teknologi ikatan hibrida tembaga. Namun, jika persyaratan presisi adalah 10 mikron atau lebih rendah, situasinya berubah. Perusahaan yang menggunakan teknologi penumpukan chip akan mencapai jarak mikron satu digit, seperti 4 atau 5 mikron, dan tidak ada alternatif lain. Oleh karena itu, teknologi yang relevan pasti akan berkembang. Namun, teknologi yang ada juga terus mengalami peningkatan. Jadi sekarang kami berfokus pada batas-batas yang dapat dicapai pilar tembaga dan apakah teknologi ini akan bertahan cukup lama bagi pelanggan untuk menunda semua investasi pengembangan desain dan "kualifikasi" dalam teknologi ikatan hibrida tembaga asli.
Chen: Kami hanya akan mengadopsi teknologi yang relevan bila ada permintaan.
Apakah ada banyak perkembangan baru di bidang senyawa cetak epoksi saat ini?
Kelly: Senyawa cetak telah mengalami perubahan signifikan. CTE (koefisien ekspansi termal) mereka telah sangat berkurang, sehingga lebih disukai untuk aplikasi yang relevan dari perspektif tekanan.
Otte: Kembali ke pembahasan kita sebelumnya, berapa banyak chip semikonduktor yang saat ini diproduksi dengan jarak 1 atau 2 mikron?
Kelly: Proporsi yang signifikan.
Chen: Mungkin kurang dari 1%.
Otte: Jadi teknologi yang kita bahas ini belum umum. Belum dalam tahap penelitian, karena perusahaan-perusahaan terkemuka memang sudah menerapkan teknologi ini, tetapi mahal dan hasilnya rendah.
Kelly: Ini terutama diterapkan dalam komputasi berperforma tinggi. Saat ini, ini digunakan tidak hanya di pusat data tetapi juga di PC kelas atas dan bahkan beberapa perangkat genggam. Meskipun perangkat ini relatif kecil, namun tetap memiliki performa tinggi. Namun, dalam konteks prosesor dan aplikasi CMOS yang lebih luas, proporsinya masih relatif kecil. Bagi produsen chip biasa, tidak perlu mengadopsi teknologi ini.
Otte: Itulah mengapa sangat mengejutkan melihat teknologi ini memasuki industri otomotif. Mobil tidak perlu chip yang sangat kecil. Chip dapat tetap berada pada proses 20 atau 40 nanometer, karena biaya per transistor dalam semikonduktor paling rendah pada proses ini.
Kelly: Namun, persyaratan komputasi untuk ADAS atau mengemudi otomatis sama dengan persyaratan untuk PC AI atau perangkat serupa. Oleh karena itu, industri otomotif perlu berinvestasi dalam teknologi canggih ini.
Jika siklus produk adalah lima tahun, dapatkah penerapan teknologi baru memperpanjang keuntungan selama lima tahun lagi?
Kelly: Itu adalah poin yang sangat masuk akal. Industri otomotif memiliki sudut pandang lain. Pertimbangkan pengontrol servo sederhana atau perangkat analog yang relatif sederhana yang telah ada selama 20 tahun dan sangat murah. Mereka menggunakan chip kecil. Orang-orang di industri otomotif ingin terus menggunakan produk ini. Mereka hanya ingin berinvestasi pada perangkat komputasi kelas atas dengan chip kecil digital dan mungkin memasangkannya dengan chip analog, memori flash, dan chip RF berbiaya rendah. Bagi mereka, model chip kecil sangat masuk akal karena mereka dapat mempertahankan banyak komponen generasi lama yang murah dan stabil. Mereka tidak ingin mengubah komponen ini dan juga tidak perlu melakukannya. Kemudian, mereka hanya perlu menambahkan chip kecil 5 nanometer atau 3 nanometer kelas atas untuk memenuhi fungsi bagian ADAS. Faktanya, mereka menerapkan berbagai jenis chip kecil dalam satu produk. Tidak seperti bidang PC dan komputasi, industri otomotif memiliki rentang aplikasi yang lebih beragam.
Chen: Selain itu, chip ini tidak perlu dipasang di samping mesin, sehingga kondisi lingkungannya relatif lebih baik.
Kelly: Suhu lingkungan di dalam mobil cukup tinggi. Oleh karena itu, meskipun daya chip tidak terlalu tinggi, industri otomotif harus menginvestasikan sejumlah dana dalam solusi manajemen termal yang baik dan bahkan dapat mempertimbangkan penggunaan indium TIM (bahan antarmuka termal) karena kondisi lingkungannya sangat keras.
Waktu posting: 28-Apr-2025