Fremtidens Chips: Applied Materials og Besi Revolutionerer Integration

I en verden, hvor hastigheden af teknologisk udvikling synes at accelerere eksponentielt, står halvlederindustrien over for en række komplekse udfordringer. Den traditionelle metode med at gøre transistorer mindre og mindre, kendt som Moores Lovs 2D-skalering, nærmer sig sine fysiske grænser. Dette har skabt et presserende behov for nye, innovative tilgange til at forbedre ydeevne, strømforbrug, areal/omkostninger og time-to-market (PPACt) for fremtidens chips. Det er i dette landskab af teknologisk jagt, at to giganter inden for halvlederindustrien, Applied Materials, Inc. og BE Semiconductor Industries N.V. (Besi), har slået sig sammen i et banebrydende udviklingsprogram. Deres fælles mission er at udvikle den første komplette og gennemprøvede udstyrsløsning til die-based hybrid bonding – en transformerende chip-til-chip-forbindelsesteknologi, der står til at omdefinere fremtidens heterogene chip- og subsystemdesign for applikationer lige fra højtydende computing og kunstig intelligens (AI) til 5G-kommunikation.

Dette strategiske partnerskab, annonceret den 22. oktober 2020, repræsenterer et afgørende skridt mod en ny æra inden for chipintegration. Ved at kombinere Applied Materials' dybe ekspertise inden for materialeteknik og front-end halvlederprocesser med Besis førende løsninger inden for die-placering, interconnect og samling, sigter programmet mod at løse nogle af de mest komplekse udfordringer, som industrien står overfor. Kernen i dette samarbejde er etableringen af et Center of Excellence, dedikeret til forskning og udvikling af næstegenerations chip-til-chip-bonding-teknologi. Dette center vil ikke kun fremme teknologisk innovation, men også give kunderne en platform til at accelerere udviklingen af skræddersyede hybrid bonding-testkøretøjer, herunder design, modellering, simulering, fabrikation og test. Lad os dykke dybere ned i, hvad die-based hybrid bonding er, hvorfor det er så vigtigt, og hvordan dette fælles program vil forme fremtiden for elektronik.

Hvad er Die-Based Hybrid Bonding?

For at forstå betydningen af Applied Materials' og Besis samarbejde er det essentielt at forstå, hvad die-based hybrid bonding er, og hvorfor det er en så revolutionerende teknologi. I sin kerne handler hybrid bonding om at forbinde flere individuelle 'chiplets' – små, funktionelle mikrochips – i die-form ved hjælp af direkte, kobberbaserede interconnects. I modsætning til konventionelle chip-indkapslingsmetoder, der ofte anvender bump-baserede forbindelser med større pitch, muliggør hybrid bonding en meget tættere og mere direkte elektrisk forbindelse mellem chiplets. Dette betyder, at designere kan samle chiplets fra forskellige procesnoder og teknologier og placere dem i tættere fysisk og elektrisk nærhed, så de fungerer lige så godt eller bedre, end hvis de var fremstillet på en enkelt, stor monolitisk chip.

Fordelene ved hybrid bonding er mange og betydelige. For det første tillader det en markant øget chip-densitet, hvilket betyder, at flere funktioner kan pakkes ind på et mindre område. For det andet forkorter det længden af interconnect-ledningsføringen mellem chiplets, hvilket reducerer signalforsinkelse og forbedrer den samlede ydeevne. Denne kortere forbindelse bidrager også til et lavere strømforbrug og en højere effektivitet. Endelig kan hybrid bonding potentielt reducere omkostningerne, da det giver mulighed for at kombinere forskellige specialiserede chiplets, der er optimeret til specifikke funktioner, i stedet for at skulle fremstille en enkelt, kompleks og potentielt dyr monolitisk chip. Denne tilgang, kendt som heterogen integration, er afgørende for at overvinde udfordringerne ved traditionel 2D-skalering og fortsat levere forbedringer inden for ydeevne, strøm, areal/omkostninger og time-to-market (PPACt).

Sammenligning: Traditionel Indkapsling vs. Hybrid Bonding

For bedre at illustrere hybrid bondings fordele, lad os se på en sammenligning:

Samarbejdet Mellem Applied Materials og Besi

Det fælles udviklingsprogram mellem Applied Materials og Besi er en sammensmeltning af to komplementære ekspertiser, der er afgørende for at realisere potentialet i die-based hybrid bonding. Applied Materials, anerkendt som førende inden for materialeteknikløsninger til produktion af næsten enhver ny chip og avanceret skærm i verden, bringer sin omfattende viden om front-end halvlederprocesser til bordet. Dette inkluderer ekspertise inden for ætsning, planarizering, deposition, wafer-rensning, metrologi, inspektion og partikeldefektkontrol – alle kritiske trin i fremstillingen af halvledere på wafer-niveau.

Besi, derimod, er en førende leverandør af halvlederudstyr til samling, der er kendt for sin høje præcision, produktivitet og pålidelighed. Deres bidrag til samarbejdet omfatter førende løsninger inden for die-placering, interconnect og samling. For at opnå en komplet die-based hybrid bonding udstyrsløsning kræves en bred vifte af halvlederfremstillingsteknologier kombineret med høj hastighed og ekstremt præcis chiplet-placeringsteknologi. Netop denne kombination af Applied Materials' procesekspertise og Besis præcisionsmonteringsteknologi er det, der gør dette partnerskab unikt og potentielt transformativt for industrien.

Nirmalya Maity, Corporate Vice President for Advanced Packaging hos Applied Materials, har udtalt, at udfordringer i konventionel Moores Lov-skalering belaster økonomien og tempoet i halvlederindustriens køreplan. Han understreger, at samarbejdet med Besi og dannelsen af det nye Hybrid Bonding Center of Excellence er nøglekomponenter i Applieds strategi for at udstyre kunderne med en 'Ny Spillebog' til at drive forbedringer i PPACt. Tilsvarende udtrykker Ruurd Boomsma, CTO for Besi, sin begejstring for at danne dette unikke fælles udviklingsprogram, der bringer industriens førende materialeteknik og avancerede indkapslingsteknologier sammen til gavn for kunderne.

Center of Excellence: Innovationscentrum i Singapore

Et centralt element i dette joint development program er etableringen af et dedikeret Center of Excellence. Dette topmoderne facilitet er placeret på Applied Materials' Advanced Packaging Development Center i Singapore, som allerede er et af industriens mest avancerede wafer-level indkapslingslaboratorier. Med et 17.300 kvadratmeter stort Class 10 cleanroom, udstyret med komplette linjer af wafer-level indkapslingsudstyr, tilbyder centret de grundlæggende byggesten for heterogen integration.

Centret vil fungere som en platform, der giver kunderne mulighed for at accelerere udviklingen af skræddersyede hybrid bonding-testkøretøjer. Dette omfatter alt fra design og modellering til simulering, fabrikation og test. Ved at give adgang til den nyeste teknologi og ekspertise under ét tag, vil Center of Excellence markant forkorte udviklingscyklusserne og fremskynde udbredelsen af hybrid bonding for en lang række avancerede applikationer. Dette understreger Applied Materials' og Besis engagement i at levere ikke blot separate komponenter, men en fuldt integreret og optimeret udstyrsløsning.

Hvorfor er Dette Samarbejde Vigtigt?

Betydningen af dette samarbejde strækker sig langt ud over de enkelte virksomheder og berører hele halvlederindustrien samt de mange sektorer, der er afhængige af den. Som nævnt tidligere, bremser den traditionelle 2D-skalering, hvilket gør det vanskeligere og dyrere at opnå de ydeevneforbedringer, som markederne kræver. Heterogen integration, muliggjort af teknologier som die-based hybrid bonding, er den nye vej frem for at drive forbedringer inden for ydeevne, strøm, areal/omkostninger og time-to-market (PPACt).

Hybrid bonding muliggør integration af 'chiplets' med forskellige funktioner og fra forskellige fremstillingsprocesser til en enkelt, kompakt og højtydende pakke. Dette er afgørende for udviklingen af næste generations teknologier, herunder:

• Højtydende Computing (HPC): Supercomputere og datacentre kræver ekstrem ydeevne og energieffektivitet. Hybrid bonding kan muliggøre tættere integration af CPU'er, GPU'er og hukommelse, hvilket reducerer forsinkelse og øger gennemstrømning.
• Kunstig Intelligens (AI): AI-acceleratorer og chips til maskinlæring kræver massiv parallel behandling og hurtig dataadgang. Hybrid bonding kan forbedre båndbredden mellem processorer og hukommelse, hvilket er kritisk for AI-arbejdsbelastninger.
• 5G-kommunikation: Næstegenerations trådløse netværk kræver høj båndbredde, lav latenstid og energieffektive chips. Hybrid bonding kan integrere forskellige RF- og baseband-komponenter for at opnå disse mål.
• Datalagring: Avancerede lagringsløsninger, såsom SSD'er, kan drage fordel af den øgede densitet og hastighed, som hybrid bonding tilbyder, hvilket fører til hurtigere og mere kompakte drev.
• Automotive: Fremtidens biler vil være spækket med elektronik til selvkørende funktioner, infotainment og sikkerhedssystemer. Disse kræver robuste, højtydende og energieffektive chips, hvor hybrid bonding kan spille en nøglerolle.

Ved at fremskynde udviklingen og implementeringen af hybrid bonding-teknologi forventes Applied Materials og Besi at levere en "New Playbook" til industrien, der muliggør fortsat innovation og vækst på trods af de traditionelle Moores Lovs begrænsninger. Dette er ikke blot en teknologisk bedrift, men en strategisk nødvendighed for at opretholde tempoet i den digitale transformation.

Fælles Udviklingsprogrammer: En Dybdegående Forståelse

Begrebet om et 'fælles udviklingsprogram' eller 'joint lab' er ikke nyt, men dets betydning i en kompleks og kapitalkrævende industri som halvlederindustrien kan ikke undervurderes. Et fælles laboratorium eller program fungerer som en katalysator for teknologioverførsel og forbedret samarbejde mellem partnerfirmaer og forskningsinstitutioner. Målet er at accelerere teknologisk implementering og udvikling.

Gennem betydelige investeringer i forskning og udvikling (R&D) inden for avancerede fremstillingsprocesser, gør et joint lab det muligt for parterne at udvikle dybe, kollektive kompetencer. Disse kompetencer er afgørende for at designe løsninger til virkelige problemer og støtte partnerne i deres markedsudvidelsesinitiativer, samtidig med at de driver konkurrenceevnen i branchen. Partnere i et sådant program drager fordel af at kunne forbedre ydeevnen og potentialet af deres produkter, samtidig med at de reducerer tiden til markedet.

I tilfældet med Applied Materials og Besi er dette fælles program mere end blot et laboratorie; det er et økosystem for innovation. Det samler de bedste hjerner og ressourcer fra to forskellige, men afgørende dele af halvlederforsyningskæden – fra wafer-forarbejdning til chip-samling. Denne tværfaglige tilgang er afgørende for at skabe en "komplet og gennemprøvet udstyrsløsning", da hybrid bonding kræver en sømløs integration af processer, der traditionelt har været adskilte. Det handler om at co-optimere udstyrstilbud og accelerere avancerede heterogene integrationsteknologier for kunderne. Dette partnerskab er et glimrende eksempel på, hvordan virksomheder kan overkomme komplekse teknologiske barrierer ved at forene deres styrker og fokusere på et fælles mål, hvilket i sidste ende kommer hele industrien til gode.

Fremtiden for Chipintegration

Applied Materials' og Besis fælles udviklingsprogram er mere end blot et skridt fremad; det er et kvantespring for chipintegration. Ved at tackle udfordringerne ved Moores Lovs afmatning direkte med en innovativ tilgang som die-based hybrid bonding, baner de vejen for den næste generation af elektronik. Forestil dig chips, der er endnu hurtigere, mere energieffektive og mere kompakte, hvilket muliggør fremskridt inden for områder, vi kun lige er begyndt at udforske.

Denne teknologi vil ikke kun forbedre eksisterende enheder, men også muliggøre helt nye applikationer og oplevelser. Fra hyperrealistiske virtuelle verdener og autonome transportsystemer til personlig medicin og globale IoT-netværk – grundlaget for disse innovationer ligger i den fortsatte udvikling af halvlederteknologi. Samarbejdet mellem Applied Materials og Besi er et vidnesbyrd om industriens evne til at tilpasse sig og innovere, selv når de står over for fundamentale fysiske begrænsninger. Deres Center of Excellence i Singapore vil ikke blot være et nav for forskning og udvikling, men også et bevis på den kollektive ånd af fremskridt, der driver den globale teknologiindustri fremad. Fremtiden for chips ser lys ud, og hybrid bonding er utvivlsomt en central del af den.

Ofte Stillede Spørgsmål (FAQ)

Hvad er die-based hybrid bonding?
Die-based hybrid bonding er en avanceret chip-til-chip-forbindelsesteknologi, der tillader direkte, kobberbaserede interconnects mellem individuelle 'chiplets' (små mikrochips) i die-form. Dette skaber en tættere og mere effektiv elektrisk forbindelse end traditionelle metoder.

Hvorfor er hybrid bonding nødvendigt?
Det er nødvendigt, fordi den traditionelle 2D-skalering, hvor transistorer gøres mindre og mindre (Moores Lov), nærmer sig sine fysiske grænser. Hybrid bonding muliggør heterogen integration, hvilket er en ny måde at forbedre ydeevne, strømforbrug, areal/omkostninger og time-to-market (PPACt) på ved at kombinere forskellige specialiserede chiplets.

Hvad er et 'chiplet'?
Et chiplet er en lille, funktionel mikrochip, der kan kombineres med andre chiplets for at skabe en større, mere kompleks og højtydende integreret kredsløbspakke. I stedet for en stor, monolitisk chip kan man bygge en chip ud af flere mindre, optimerede komponenter.

Hvor ligger Center of Excellence for hybrid bonding?
Center of Excellence er placeret på Applied Materials' Advanced Packaging Development Center i Singapore. Dette center er et af industriens mest avancerede wafer-level indkapslingslaboratorier.

Hvad er Applied Materials' og Besi's roller i samarbejdet?
Applied Materials bidrager med sin ekspertise inden for front-end halvlederprocesser, herunder ætsning, planarizering, deposition, wafer-rensning, metrologi og inspektion. Besi bidrager med sine førende løsninger inden for die-placering, interconnect og samling. Sammen skaber de en komplet udstyrsløsning for hybrid bonding.

Hvornår blev samarbejdet annonceret?
Samarbejdet mellem Applied Materials og Besi blev annonceret den 22. oktober 2020.

Hvis du vil læse andre artikler, der ligner Fremtidens Chips: Applied Materials og Besi Revolutionerer Integration, kan du besøge kategorien Teknologi.