L’IA se heurte à une limite matérielle. À mesure que le calcul haute performance (HPC) basé sur l’IA évolue, l’industrie des semi-conducteurs se heurte à un goulot d’étranglement majeur. Pour répondre aux exigences considérables en matière de bande passante d’E/S, les processeurs doivent communiquer avec la mémoire à haute bande passante (HBM) et les chiplets voisins à des vitesses sans précédent.
Si les architectures basées sur des chiplets ouvrent la voie à la viabilité économique, elles nécessitent toutefois de nouvelles bases en matière de solutions d’encapsulation avancées. Plus précisément, il faut réduire la taille des éléments de la couche de redistribution (RDL) afin d’atteindre la densité d’interconnexions nécessaire pour éviter les goulots d’étranglement au niveau des données.
Dans notre précédent article, intitulé « The Die is Not Enough », nous avons examiné comment la lithographie sans masque permet de corriger les motifs en temps réel et d’imprimer au-delà des dimensions standard des réticules. Aujourd’hui, nous nous penchons sur la prochaine étape : la transition, à l’échelle de l’industrie, des substrats organiques traditionnels vers les substrats en verre.
Pourquoi le verre ? Franchir la barrière des 2 µm
Les RDL traditionnels à haute densité sont fabriqués à partir de la technologie ABF (Ajinomoto Build-up Film) sur des substrats organiques. Cependant, alors que l’industrie s’oriente vers des structures ultra-fines (lignes et espacements inférieurs à 2 µm), les matériaux organiques atteignent leurs limites physiques en raison de deux facteurs :
- Rugosité et planéité de surface : à l’échelle microscopique, les substrats organiques sont « rugueux ». Lorsque les pistes métalliques RDL deviennent ultra-fines, les « crêtes et creux » microscopiques du substrat empêchent un dépôt uniforme. Cela entraîne la formation de ponts métalliques et des courts-circuits.
- Stabilité dimensionnelle : les âmes organiques se déforment sous l’effet des contraintes thermiques. À l’inverse, le verre est exceptionnellement rigide et thermiquement stable. Il permet aux ingénieurs d’aligner le coefficient de dilatation thermique (CTE) sur celui du silicium. Cela réduit les contraintes mécaniques lors des cycles thermiques, améliorant ainsi considérablement la fiabilité des puces de grande taille utilisées dans l’IA.
Un écosystème collaboratif : à l'avant-garde avec IZM et Georgia Tech
Le domaine de l’emballage de pointe est trop complexe pour qu’une seule entreprise puisse y répondre seule. Heidelberg Instruments est fière de faire le lien entre la R&D et la production industrielle par le biais de deux consortiums principaux :
- Le groupe « Glass Panel Technology » (GPTG) : dirigé par le Fraunhofer IZM, ce groupe de partenaires industriels et de R&D travaille sur l’ensemble de la chaîne de processus relative aux substrats à âme en verre de grand format – des vias traversants (TGV) et des couches de redistribution (RDL) jusqu’à l’assemblage. « Nous adaptons et transposons à plus grande échelle des procédés de semi-conducteurs de haute précision à de grands panneaux de verre rectangulaires économiques », explique Ruben Kahle, responsable du groupe Embedding & Substrate Technologies (EST) au Fraunhofer IZM.
- Centre de recherche sur les emballages 3D Systems (3D-PRC) : en collaboration avec Georgia Tech, nous définissons les feuilles de route techniques permettant d’obtenir les lignes et les espaces (L/S) les plus fins jamais réalisés sur du verre.
Comment la lithographie sans masque permet la réalisation du « cœur en verre »
Le passage au verre exige un niveau de flexibilité lithographique que les systèmes traditionnels à masque ne peuvent tout simplement pas offrir. Notre aligneur sans masque MLA 300 et notre série VPG sont les moteurs de cette révolution.
Alignement adaptatif de précision
Malgré la rigidité du verre, les panneaux de grand format subissent des déformations microscopiques lors du laminage diélectrique. La lithographie sans masque est la seule technologie capable d’effectuer des corrections en temps réel. Nos systèmes capturent une image du substrat en temps réel et ajustent le motif numérique à la volée, garantissant ainsi un alignement parfait entre les motifs RDL et les TGV sur l’ensemble du panneau.
Repousser les limites des processus
Nous repoussons actuellement les limites des procédés semi-additifs (SAP) et étudions les diélectriques photopatternables (PPD) pour le traitement damascène. En évaluant de nouveaux matériaux au niveau des panneaux, nous ouvrons la voie à des couches diélectriques plus fines et de plus haute densité.
Assurer la pérennité des structures submicroniques
Alors que le secteur se concentre actuellement sur une résolution de 2 µm, la feuille de route s’oriente vers des dimensions inférieures au micron. Nos plateformes sans masque sont déjà capables d’atteindre cette résolution, ce qui permet de relever le principal défi consistant à adapter la production à haut débit aux dimensions des panneaux complets (jusqu’à 510 mm x 515 mm).
Développement durable : le programme du LAB14
Chez Heidelberg Instruments, les performances techniques vont de pair avec le programme de développement durable LAB14. Le passage au verre contribue à un avenir plus écologique pour la fabrication. La stabilité dimensionnelle du verre réduit le gaspillage de matériaux, et l’approche au niveau des panneaux permet une utilisation plus efficace de l’espace. En atteignant une densité d’interconnexions plus élevée avec moins de couches de dépôt, nous réduisons directement la consommation de produits chimiques et de diélectriques, créant ainsi un cycle de production plus économe en ressources.
Conclusion : Façonner l'avenir des semi-conducteurs
Le passage aux substrats en verre marquera la prochaine décennie d’innovation dans le domaine des semi-conducteurs. Grâce à sa participation aux consortiums dirigés par le Fraunhofer IZM et Georgia Tech, Heidelberg Instruments veille à ce que les outils de fabrication soient prêts pour la prochaine génération de matériel d’IA.
Êtes-vous prêt à développer vos capacités en matière d’emballage de pointe ? Consultez notre page consacrée à l’emballage de pointe ou contactez nos experts pour découvrir comment le MLA 300 peut transformer votre chaîne de production.
