Paket altlığının ileri düzey paketlemedeki rolü, aynı kategorideki başka bir altlıkla değiştirilebilen bir unsur olmaktan çıkarak sistem mimarisiyle doğrudan bağlantılı bir bileşene dönüşüyor. Daha büyük paketler, daha fazla katman, daha hassas bağlantı yolları, yeni yalıtım malzemeleri ve entegre pasif bileşenler; tüm uygulamalara genellenemeyecek elektriksel, termal ve mekanik kısıtların bir bileşimini dayatıyor.
Semiconductor Engineering'de Gregory Haley tarafından hazırlanan makaleye göre, altlıklara yönelik harcamalardaki artış, sevk edilen birim sayısında zorunlu olarak benzer bir artış anlamına gelmiyor. Bunun nedeni, her altlığın daha fazla malzeme tüketmesi ve özellikle büyük gövdeli sunucu ve yapay zekâ paketlerinde ve flip-chip BGA bağlantılarında daha karmaşık bir yapı gerektirmesi.
Üretim kapasitesi tek başına tam yanıt değil
Kullanılmayan üretim alanının bulunması, tedarikçinin gerekli altlığı üretebileceği anlamına gelmiyor. Uyum; katman yapısının, boyutların, elektriksel özelliklerin, malzeme sisteminin ve belirli bir tasarım için gereken verim düzeyinin yeniden üretilmesini gerektiriyor. Bu nedenle aynı boyutta organik altlık üreten iki tedarikçi, gerçekte birbirlerinin alternatifi olmayabilir.
Sorun chiplet'ler ve HBM ile daha da büyüyor; çünkü sinyallerin kalıplar arasında yüksek hızla ilerlemesi, gücün sınırlı kayıp ve gürültüyle ulaştırılması ve belleğin işlem mantığına yakın tutulması gerekiyor. Bunun sonucunda yalıtkanın özellikleri, katman sayısı, yolların aralığı, termal genleşme davranışı ve güç iletimi yetenekleri, yalnızca paketleme ayrıntıları olmaktan çıkıp sistem düzeyinde kararlara dönüşüyor.
Üretim verimi tasarımın sınırlarını belirliyor
Tasarım teknik olarak uygulanabilir olsa da seri üretimde ekonomik açıdan cazip olmayabilir. Katman sayısındaki artış kusur ve hizalama hatası olasılığını yükseltirken, daha büyük gövde mekanik toleransların etkisini artırıyor ve daha hassas yollar süreç marjını daraltıyor. Amkor örnekleri, tasarım kurallarının aynı anda müşterinin yapısıyla, OSAT şirketlerinin montaj kurallarıyla ve altlık tedarikçisinin süreç sınırlarıyla uyumlu olması gerektiğini gösteriyor.
Bu nedenle “ikinci kaynak”, kullanılabilir kapasiteye sahip başka bir fabrikanın bulunması anlamına gelmiyor; aynı yapı üzerinde yeterlilikten geçirilmiş ve gerekli verim ile özellikleri tekrarlı biçimde elde etmiş bir tedarikçi anlamına geliyor. Altlık ne kadar özgünleşirse, toplam tedarikçi sayısı fazla görünse bile fiilen kullanılabilecek tedarikçi sayısı o kadar azalıyor.
Uzmanlaşma malzemelere ve ekipmanlara uzanıyor
Altlık, üretim hattından bağımsız çalışmıyor. Geçici olarak bir taşıyıcıya sabitlenebilir ve ısıtma-soğutma, kaplama, kimyasal işlem, inceltme, ayırma ve temizleme süreçlerine maruz kalabilir. Bu nedenle geçici bağlama malzemeleri temas eden yüzeylere, termal bütçeye, çarpılmaya ve yapışma gereksinimlerine göre tasarlanıyor. Paketin bir sürümünden diğerine geçiş, malzemenin kendisinin değiştirilmesini gerektirebilir.
Aynı güvenilirlik gereksinimleri cam altlıklarda da görülüyor; çatlamayı azaltmak için cam, astar ve cam içinden geçen bağlantıların içindeki bakırın genleşme katsayıları ile rijitliği arasındaki uyumun kontrol edilmesi gerekiyor. Panel düzeyinde üretim de kaplama düzgünlüğü, gerilim ve çarpılma bakımından ek zorluklar getiriyor.
Bu gereksinimler proses ekipmanlarına da aktarılıyor. Üreticilerin daha geniş alanları, daha yüksek katman sayılarını, daha dar yol aralıklarını ve hangisinin seri üretime ulaşacağının netleşmesinden önce muhtemelen birden fazla rakip teknoloji akışını desteklemesi gerekiyor. Bu durum yatırım riski yaratıyor; çünkü altlığın nihai yapısı henüz kesinleşmemişken ekipmanların erken geliştirilmesi gerekiyor.
Uygulamada ne değişiyor?
Mevcut eğilimler tek bir altlığın galip geleceğine değil, seçeneklerin hedefe göre farklılaşmasına işaret ediyor. Yapay zekâ ve yüksek performanslı bilgi işlem paketleri yüksek bağlantı yoğunluğuna, güç aktarımına ve bant genişliğine ihtiyaç duyuyor. Ortak paketlenmiş optik ise temizlik, hizalama ve optik bağlantı için ek gereksinimler getiriyor ve bir hava boşluğu ya da kırılma indisiyle uyumlu bir malzeme gerektirebiliyor. Otomotivde ise ADAS ve merkezi bilgi işlemde ileri düzey paketlemenin kullanımı artsa da maliyet, güvenilirlik geçmişi ve denetim gereksinimleri nedeniyle geleneksel paketler tercih edilmeye devam edebilir.
Burada tasarım araçlarında başka bir boşluk da ortaya çıkıyor: altlıklar, yeniden dağıtım katmanları ve interposer'lar hakkında mevcut bilgiler, termal, elektriksel ve mekanik davranışın birleşik bir tasarım akışı içinde modellenmesi için her zaman yeterli olmuyor. Bu da paket tasarımcıları, tedarikçiler, ekipman ve malzeme üreticileri arasındaki iş birliğinin yanı sıra test araçlarının ve fiziksel yeterlilik süreçlerinin gerekli olmaya devam edeceği anlamına geliyor.
Editoryal değerlendirme: Gerçek değişim, organik altlıkların silikon veya camla değiştirilmesi değil; altlık seçiminin sistem mühendisliğinin erken bir aşamasına taşınmasıdır. Enerji, bant genişliği, ısı, güvenilirlik, maliyet ve üretilebilirlik alanlarının tümünü aynı anda iyileştiren bir seçenek bulunmuyor. Bu nedenle uzmanlaşmış altlıkların haritası genişleyecek ve “mevcut kapasite”, belirli bir tasarım için yeterlilik kazanmış kapasiteyle ilişkilendirilmediği sürece yanıltıcı bir gösterge haline gelebilir.