A medida que evoluciona la computación de alto rendimiento (HPC) impulsada por IA, la industria de los semiconductores enfrenta crecientes desafíos de empaquetado. Para mantenerse al ritmo de los crecientes requisitos de ancho de banda de E/S, los procesadores deben comunicarse con la memoria de alto ancho de banda (HBM) y los chiplets vecinos a velocidades sin precedentes.
Aunque las arquitecturas basadas en chiplets ofrecen un camino prometedor hacia un mayor rendimiento y una mejor escalabilidad, también imponen nuevas exigencias a las tecnologías avanzadas de empaquetado. Un requisito clave es la continua reducción de las características de la capa de redistribución (RDL) para proporcionar la densidad de interconexión necesaria para reducir los cuellos de botella de datos.
En nuestra publicación anterior, “The Die is Not Enough”, exploramos cómo la litografía sin máscara corrige patrones en tiempo real y escribe más allá de los tamaños estándar de retícula. Hoy analizamos una de las direcciones emergentes en la investigación de empaquetado avanzado: la exploración de sustratos de vidrio como una posible plataforma para futuros empaquetados de alta densidad.
¿Por qué vidrio? Explorando el camino más allá de las características sub-2 µm
Las RDL de alta densidad actuales se construyen comúnmente utilizando Ajinomoto Build-up Film (ABF) sobre núcleos orgánicos. Sin embargo, a medida que la industria investiga características ultrafinas (líneas y espacios sub-2 µm), investigadores y fabricantes están evaluando múltiples enfoques para mejorar la estabilidad dimensional, la calidad de la superficie y la escalabilidad. Los sustratos de vidrio están atrayendo una atención significativa como una posible opción.
Dos de las principales motivaciones detrás de esta investigación son:
- Rugosidad superficial y planitud: En geometrías muy finas, la calidad de la superficie del sustrato se vuelve cada vez más importante. El vidrio ofrece una superficie excepcionalmente lisa y plana, lo que puede ayudar a soportar procesos de deposición más uniformes y dimensiones de línea/espacio más ajustadas.
- Estabilidad dimensional: Los sustratos de gran formato experimentan tensiones térmicas y mecánicas durante el procesamiento. En comparación con muchos materiales orgánicos, el vidrio puede ofrecer alta rigidez y gran estabilidad térmica. También permite una coincidencia más cercana del coeficiente de expansión térmica (CTE) con el silicio, lo que puede ayudar a reducir el estrés durante los ciclos térmicos para grandes paquetes de IA y HPC.
Al mismo tiempo, siguen existiendo importantes desafíos, incluidos la capacidad de fabricación, la manipulación, la integración de Through-Glass Via (TGV), la preparación del ecosistema y el escalado rentable a volúmenes de producción. El cronograma de adopción a largo plazo de los sustratos de vidrio aún está evolucionando, y la industria continúa explorando múltiples enfoques de materiales y procesos en paralelo.
Un ecosistema colaborativo: impulsando el empaquetado avanzado con IZM y Georgia Tech
El empaquetado avanzado es demasiado complejo para que una sola empresa lo resuelva de manera aislada. Heidelberg Instruments se enorgullece de contribuir a ecosistemas colaborativos que cierran la brecha entre I+D, desarrollo de líneas piloto y futura producción industrial.
- El Glass Panel Technology Group (GPTG): Liderado por Fraunhofer IZM, este consorcio de socios industriales y de I+D trabaja en toda la cadena de procesos para sustratos de núcleo de vidrio de gran formato, desde Through-Glass Vias (TGV) y Redistribution Layers (RDL) hasta el ensamblaje. “Estamos ampliando y adaptando procesos semiconductores de alta precisión a paneles rectangulares de vidrio grandes y rentables”, afirma Ruben Kahle, líder del grupo Embedding & Substrate Technologies (EST) en Fraunhofer IZM.
- 3D Systems Packaging Research Center (3D-PRC): En colaboración con Georgia Tech, Heidelberg Instruments contribuye a investigaciones centradas en futuras hojas de ruta de empaquetado y dimensiones de línea/espacio cada vez más finas en sustratos de vidrio a nivel de panel.
Cómo la litografía sin máscara hace posible el “núcleo de vidrio”
La exploración de sustratos de vidrio requiere flujos de trabajo litográficos flexibles, rápida iteración de procesos y capacidades de patrón adaptativo. Aquí es donde el MLA 300 Maskless Aligner y la serie VPG de Heidelberg Instruments respaldan I+D de empaquetado avanzado, líneas piloto y entornos de producción de volumen medio.
Alineación adaptativa y compensación de distorsión
Incluso sustratos rígidos como el vidrio pueden experimentar distorsiones microscópicas durante pasos de procesamiento como la laminación dieléctrica. La litografía sin máscara permite la corrección de alineación en tiempo real mediante la obtención de imágenes del sustrato y la adaptación del patrón digital durante la exposición. Esto ayuda a mejorar la precisión de superposición entre patrones RDL y estructuras TGV en paneles de gran formato.
Habilitación de la exploración de procesos
Los sistemas de Heidelberg Instruments respaldan la evaluación de flujos de procesos emergentes, incluidos procesos semiaditivos (SAP), materiales dieléctricos avanzados y dieléctricos fotopatronables (PPD) para enfoques de procesamiento Damascene.
La flexibilidad de la litografía sin máscara permite a los ingenieros iterar diseños rápidamente, evaluar nuevos materiales de manera eficiente y adaptar parámetros de proceso sin requerir nuevas fotomáscaras para cada revisión de diseño.
Apoyo al escalado futuro
Aunque gran parte del enfoque de la industria actual se centra en dimensiones de línea/espacio de 2 µm, las hojas de ruta de investigación continúan avanzando hacia geometrías aún más finas. Las plataformas sin máscara de Heidelberg Instruments respaldan el desarrollo de procesos para estos futuros requisitos, al tiempo que permiten estrategias de exposición de gran área para formatos de empaquetado a nivel de panel de hasta 510 mm × 515 mm.
Sostenibilidad y desarrollo eficiente de procesos
En Heidelberg Instruments, la innovación técnica va de la mano con la agenda de sostenibilidad LAB14. La estabilidad dimensional del vidrio y los flujos de trabajo de litografía adaptativa ayudan a reducir el desperdicio de material durante el desarrollo de procesos y la creación de prototipos al minimizar las iteraciones de máscaras y permitir ciclos de optimización más rápidos. Además, el enfoque a nivel de panel permite un uso más eficiente del área.
Al lograr una mayor densidad de interconexión con menos capas build-up, se puede reducir el consumo de productos químicos y dieléctricos, creando un ciclo de producción más eficiente en recursos y mejorando la eficiencia general de fabricación en futuros flujos de empaquetado avanzado.
Conclusión: dando forma al futuro del empaquetado avanzado
Los sustratos de vidrio representan una de las varias direcciones prometedoras que se están explorando para el empaquetado avanzado de próxima generación. Aunque aún existen importantes desafíos técnicos y de fabricación, la colaboración continua en todo el ecosistema de semiconductores está acelerando la investigación y el desarrollo de procesos.
A través de su trabajo con consorcios liderados por Fraunhofer IZM y Georgia Tech, Heidelberg Instruments se posiciona como facilitador de I+D en empaquetado avanzado, desarrollo de líneas piloto, exploración de procesos, patronado adaptativo y escalado futuro de producción.
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