Henkel, nhà cung cấp vật liệu bán dẫn hàng đầu, đang thúc đẩy các tiến bộ trong công nghệ trí tuệ nhân tạo – AI và điện toán với các giải pháp keo dán và vật liệu bọc ngoài. Tiến sĩ Kefan Ni đã có buổi trao đổi với Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Singapore (SSIA) về các xu hướng phát triển của công nghệ đóng gói AI và những đổi mới tương lai nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy.
APAC Head of Application Engineering
Henkel là nhà cung cấp vật liệu bán dẫn tiên phong trong cuộc cách mạng điện toán và ứng dụng trí tuệ nhân tạo, tạo điều kiện thúc đẩy tiến bộ vượt trội trong công nghệ đóng gói với các công thức keo dán và vật liệu bọc ngoài hoàn toàn mới. Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Singapore (SSIA) đã có buổi trao đổi với Tiến sĩ Kefan Ni, Trưởng bộ phận Kỹ thuật Ứng dụng APAC, mảng Kinh doanh Điện tử của Henkel Adhesive Technologies, để thảo luận về các xu hướng trong phát triển đóng gói AI, quan điểm của Henkel về công nghệ tương lai, và những đổi mới vật liệu cần thiết để mang lại hiệu suất và độ tin cậy vượt trội.
Kefan Ni: Việc thúc đẩy sức mạnh tính toán ngày càng cao và sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ AI hoàn toàn nhờ vào khả năng tiên tiến của công nghệ bán dẫn. Trí tuệ nhân tạo và Điện toán hiệu suất cao (HPC) đòi hỏi thực hiện lượng lớn các phép tính tham số để đạt tốc độ truyền dữ liệu, dung lượng bộ nhớ mở rộng và khả năng xử lý tính toán tinh vi. Ngành công nghiệp tiếp tục phát triển những nút silicon ngày càng tiên tiến với kích thước bóng bán dẫn nhỏ hơn và mật độ cao hơn, mang lại tốc độ xử lý nhanh hơn và hiệu quả năng lượng tốt hơn. Đồng thời, đóng gói tiên tiến đang cung cấp các kỹ thuật tích hợp sáng tạo. Việc đáp ứng các yêu cầu về sức mạnh tính toán ngày nay hoàn toàn phụ thuộc vào tiến trình phát triển công nghệ bán dẫn.
Kefan Ni: Trong những năm gần đây, công nghệ đóng gói tiên tiến đã đóng vai trò then chốt trong việc đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của AI và HPC. Điều này đặc biệt đúng với nền tảng tích hợp không đồng nhất, cho phép đạt hiệu suất mật độ cao, độ trễ thấp và băng thông rộng, đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế nhờ tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn cao và linh hoạt trong thiết kế, tiết kiệm thời gian. Công nghệ đóng gói tiên tiến hiện nay tích hợp logic nút tiên tiến, bộ nhớ và chất nền trong các định dạng đóng gói 2.5D và định dạng đóng gói trung gian cho HPC, AI và 5G. Chúng ta cũng đang chứng kiến sự xuất hiện của công nghệ xếp chồng IC 3D không cần đến các điểm kết nối, giúp tích hợp các chiplet mật độ cao hơn và đạt được mật độ kết nối I/O-tới-I/O tối đa với khoảng cách truyền tín hiệu điện ngắn nhất. Điều này tăng đáng kể băng thông, giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất năng lượng. Và tất nhiên, tất cả có được là nhờ sự đổi mới trong công nghệ đóng gói tiên tiến.
Kefan Ni: Mặc dù công nghệ GPU và đóng gói tiên tiến đã tồn tại nhiều năm, nhưng chính những đột phá gần đây về thu nhỏ bán dẫn, khả năng xử lý, độ phân giải, đổi mới vật liệu và phương pháp thiết kế đã đưa chúng ta vào kỷ nguyên phát triển mạnh mẽ của AI.
Kefan Ni: Các mô-đun AI và HPC trong trung tâm dữ liệu tích hợp các gói có lượng con chip riêng lẻ rất lớn và kích thước thân gói lớn. Trước đây, những kích thước này thường gây ra các thách thức về độ tin cậy do yêu cầu tản nhiệt cao và xu hướng bị biến dạng. Vật liệu bán dẫn cho đóng gói tiên tiến phải cung cấp các công thức cân bằng để giảm thiểu những vấn đề này, nhằm đảm bảo độ tin cậy cao cho các thiết bị giá trị cao và hiệu suất cao.
Kefan Ni: Vâng, rất sẵn lòng. Có một số nhóm vật liệu dùng cho đóng gói tiên tiến đóng vai trò then chốt đối với độ ổn định hoạt động của các thiết kế phức tạp hiện nay. Chúng bao gồm keo underfill dưới chip, vật liệu ép nén lỏng, vật liệu tản nhiệt và keo gắn nắp/gia cường. Các thuộc tính vật liệu và yêu cầu hiệu suất của chúng như sau:
- Underfill mao dẫn
- Ép nén lỏng (LCM)
- Vật liệu tản nhiệt
- Keo gắn nắp/gia cường
Với các tiến bộ trong công nghệ kết nối chip lật có mật độ chân cao và khe hẹp, keo underfill mao dẫn đòi hỏi công nghệ trám khe siêu mịn và độ lưu biến dòng chảy nhanh để đảm bảo không tạo bọt khí. Tốc độ dòng chảy là yếu tố quan trọng do diện tích bề mặt lớn; bạn sẽ không muốn keo bị gel hóa trước khi bọc kín các điểm kết nối. Ngoài ra, keo underfill cần có khả năng bám dính mạnh trên nhiều chất liệu bề mặt khác nhau (PI, SiN, Cu, Si, lớp hàn vảy mềm, v.v.) để đảm bảo độ ổn định vận hành và linh hoạt trong thiết kế. Cuối cùng, để bảo vệ các điểm kết nối và tăng cường độ bền cơ học, các thuộc tính sau khi hóa cứng như hệ số giãn nở nhiệt (CTE), nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) và độ đàn hồi phải được cân bằng hợp lý.
Những vật liệu này được áp dụng ở cấp wafer và dùng cho tích hợp không đồng nhất – bao gồm cả đóng gói hướng vào (FI-WLP) và đóng gói hướng ra (FO-WLP). Trong các ứng dụng AI, công nghệ tích hợp mật độ cao dạng 2.5D đòi hỏi khả năng kiểm soát cong vênh tốt trong quá trình chế tạo, đây là điểm mạnh mà LCM có thể đáp ứng. Giống như keo underfill mao dẫn, vật liệu LCM cần có khả năng bám dính tốt trên nhiều bề mặt (PI, SiN, Cu, Si), và phải duy trì độ bền cơ học, các thuộc tính về độ bền dai, hệ số giãn nở nhiệt (CTE) và độ đàn hồi phải được cân bằng hợp lý.
Trong các gói dành cho AI, có nhiều phương pháp khác nhau để tản nhiệt hiệu quả. Phổ biến nhất là sử dụng màng và tấm tích hợp keo trám cải tiến, được đặt giữa gói chip và phần nắp để giúp truyền nhiệt hiệu quả ra khỏi thiết bị. Henkel là đơn vị dẫn đầu về vật liệu tản nhiệt ở cấp bảng mạch, và chúng tôi đang mở rộng chuyên môn này lên cấp gói chip.
Trong các thiết bị có thân gói lớn, keo gắn nắp và gia cường đóng vai trò rất quan trọng. Như tôi đã đề cập, các cấu trúc cỡ lớn này rất dễ bị cong vênh trong quá trình chế tạo. Keo gắn nắp và gia cường giúp giữ cho gói chip được phẳng, từ đó bảo vệ cấu trúc trước các hư hại cơ học. Vật liệu của Henkel mang lại khả năng bám dính xuất sắc, các thuộc tính sau khi hóa cứng được cân bằng tối ưu, đồng thời cải thiện hiệu suất và độ ổn định của toàn bộ gói linh kiện.
Kefan Ni: Tôi cho rằng tốc độ phát triển của AI sẽ không chậm lại nhiều, nếu không muốn nói là vẫn tăng mạnh trong 5 đến 10 năm tới. Tuy nhiên, giống như hầu hết các công nghệ mang tính đột phá, sẽ có những bước chuyển dần dần trên thị trường. Hiện tại có một vài "ông lớn" đang dẫn đầu, nhưng tôi dự đoán sẽ có nhiều đối thủ mới gia nhập, các quy trình sẽ tiếp tục được cải tiến để giảm chi phí, và các vật liệu mới sẽ đóng vai trò quan trọng trong những bước tiến này.
Kefan Ni: AI trên thiết bị sẽ trở thành một xu hướng thị trường rất lớn. Chúng ta đã thấy điều này khi các thương hiệu máy tính cá nhân và điện thoại thông minh lớn ra mắt các thiết bị AI, cùng với việc các công nghệ như XR hay ô tô cũng đang đưa AI vào hệ thống của mình. Bộ xử lý di động tích hợp chức năng AI đang thúc đẩy sự phát triển của công nghệ đóng gói tiên tiến trên lĩnh vực vi xử lý. Ở mảng này, các vật liệu như keo underfill cho nút Silicon tiên tiến vẫn sẽ cần được sử dụng, dù kích thước gói và chip trở nên nhỏ hơn.
Kefan Ni: Henkel có nền tảng vững chắc và hiện nay đang cung cấp các giải pháp tiên tiến cho lĩnh vực AI, bao gồm keo underfill mao dẫn thế hệ mới, keo underfill đúc, công nghệ ép nén lỏng với với độ chi tiết cao và độ cong vênh cực thấp, keo gắn nắp/gia cường, đồng thời chúng tôi còn đang nghiên cứu một giải pháp đột phá cho vật liệu tản nhiệt (TIM). Các nền tảng công nghệ trong những lĩnh vực này của Henkel đều rất xuất sắc. Chúng tôi sẽ tiếp tục đổi mới vượt trước xu hướng, để đón đầu những thay đổi dần dần trong AI và các ứng dụng đóng gói tiên tiến khác.
Bài viết được biên tập lại từ nội dung đăng trên ấn bản tháng 9/2024 của Tạp chí Voice của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Singapore (SSIA)
- Bài viết
- White paper
Các chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng tìm hiểu thêm về nhu cầu của bạn.
Trung tâm hỗ trợ và đội ngũ chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn tìm kiếm giải pháp phù hợp với nhu cầu kinh doanh.