À mesure que le calcul haute performance (HPC) piloté par l’IA évolue, l’industrie des semi-conducteurs fait face à des défis de packaging croissants. Pour suivre l’augmentation des exigences en bande passante d’E/S, les processeurs doivent communiquer avec la mémoire à large bande passante (HBM) et les chiplets voisins à des vitesses sans précédent.
Bien que les architectures basées sur des chiplets offrent une voie prometteuse vers des performances plus élevées et une meilleure évolutivité, elles imposent également de nouvelles exigences aux technologies de packaging avancé. Une exigence clé est la réduction continue des dimensions des Redistribution Layers (RDL) afin de fournir la densité d’interconnexion nécessaire pour réduire les goulets d’étranglement des données.
Dans notre précédent article, « The Die is Not Enough », nous avons exploré comment la lithographie sans masque corrige les motifs à la volée et écrit au-delà des tailles standard de réticule. Aujourd’hui, nous examinons l’une des orientations émergentes de la recherche en packaging avancé : l’exploration des substrats en verre comme plateforme potentielle pour les futurs packages haute densité.
Pourquoi le verre ? Explorer la voie au-delà des structures inférieures à 2 µm
Les RDL haute densité actuelles sont généralement construites à l’aide d’Ajinomoto Build-up Film (ABF) sur des noyaux organiques. Cependant, alors que l’industrie étudie des structures ultrafines (lignes et espacements inférieurs à 2 µm), chercheurs et fabricants évaluent plusieurs approches pour améliorer la stabilité dimensionnelle, la qualité de surface et l’évolutivité. Les substrats en verre attirent une attention considérable comme option potentielle.
Deux des principales motivations de cette recherche sont :
- Rugosité de surface et planéité : À des géométries très fines, la qualité de surface du substrat devient de plus en plus importante. Le verre offre une surface exceptionnellement lisse et plane, ce qui peut contribuer à des processus de dépôt plus uniformes et à des dimensions ligne/espace plus précises.
- Stabilité dimensionnelle : Les substrats de grand format subissent des contraintes thermiques et mécaniques pendant le traitement. Comparé à de nombreux matériaux organiques, le verre peut offrir une rigidité élevée et une forte stabilité thermique. Il permet également un ajustement plus proche du coefficient de dilatation thermique (CTE) avec le silicium, ce qui peut contribuer à réduire les contraintes lors des cycles thermiques des grands packages IA et HPC.
Dans le même temps, d’importants défis subsistent — notamment la fabricabilité, la manipulation, l’intégration des Through-Glass Via (TGV), la maturité de l’écosystème et le passage rentable à des volumes de production. Le calendrier d’adoption à long terme des substrats en verre continue d’évoluer, et l’industrie poursuit en parallèle l’exploration de multiples approches matériaux et procédés.
Un écosystème collaboratif : faire progresser le packaging avancé avec l’IZM et Georgia Tech
Le packaging avancé est trop complexe pour qu’une seule entreprise puisse le résoudre isolément. Heidelberg Instruments est fier de contribuer à des écosystèmes collaboratifs qui comblent le fossé entre la R&D, le développement de lignes pilotes et la future production industrielle.
- Le Glass Panel Technology Group (GPTG) : Dirigé par Fraunhofer IZM, ce consortium de partenaires industriels et de R&D travaille sur l’ensemble de la chaîne de processus pour les substrats à noyau de verre de grand format — des Through-Glass Vias (TGV) et Redistribution Layers (RDL) jusqu’à l’assemblage. « Nous adaptons et mettons à l’échelle des procédés semi-conducteurs de haute précision à de grands panneaux rectangulaires en verre économiques », explique Ruben Kahle, responsable du groupe Embedding & Substrate Technologies (EST) chez Fraunhofer IZM.
- 3D Systems Packaging Research Center (3D-PRC) : En collaboration avec Georgia Tech, Heidelberg Instruments contribue à des recherches axées sur les futures feuilles de route du packaging et des dimensions ligne/espace toujours plus fines sur des substrats en verre au niveau panneau.
Comment la lithographie sans masque permet la réalisation du « cœur en verre » (Glass Core)
L’exploration des substrats en verre nécessite des flux de travail lithographiques flexibles, une itération rapide des procédés et des capacités de patterning adaptatif. C’est là que le MLA 300 Maskless Aligner et la série VPG de Heidelberg Instruments soutiennent la R&D en packaging avancé, les lignes pilotes et les environnements de production de volume intermédiaire.
Alignement adaptatif et compensation des distorsions
Même des substrats rigides comme le verre peuvent subir des distorsions microscopiques lors d’étapes de traitement telles que la lamination diélectrique. La lithographie sans masque permet une correction d’alignement en temps réel en imageant le substrat et en adaptant le motif numérique pendant l’exposition. Cela contribue à améliorer la précision de superposition entre les motifs RDL et les structures TGV sur des panneaux de grand format.
Permettre l’exploration des procédés
Les systèmes Heidelberg Instruments prennent en charge l’évaluation de flux de procédés émergents, notamment les procédés semi-additifs (SAP), les matériaux diélectriques avancés et les diélectriques photopatternables (PPD) pour les approches de traitement Damascene.
La flexibilité de la lithographie sans masque permet aux ingénieurs d’itérer rapidement les conceptions, d’évaluer efficacement de nouveaux matériaux et d’adapter les paramètres de procédé sans nécessiter de nouveaux photomasques pour chaque révision de conception.
Soutenir les futures mises à l’échelle
Alors qu’une grande partie de l’industrie se concentre aujourd’hui sur des dimensions ligne/espace de 2 µm, les feuilles de route de recherche continuent d’avancer vers des géométries encore plus fines. Les plateformes sans masque de Heidelberg Instruments soutiennent le développement de procédés pour ces futures exigences tout en permettant des stratégies d’exposition grande surface pour des formats de packaging au niveau panneau jusqu’à 510 mm × 515 mm.
Durabilité et développement efficace des procédés
Chez Heidelberg Instruments, l’innovation technique va de pair avec le programme de durabilité LAB14. La stabilité dimensionnelle du verre et les flux de travail de lithographie adaptative contribuent à réduire les déchets de matériaux lors du développement de procédés et du prototypage en minimisant les itérations de masques et en permettant des cycles d’optimisation plus rapides. De plus, l’approche au niveau panneau permet une utilisation plus efficace de la surface.
En atteignant une densité d’interconnexion plus élevée avec moins de couches build-up, la consommation de produits chimiques et de diélectriques peut être réduite, créant ainsi un cycle de production plus économe en ressources et améliorant l’efficacité globale de fabrication dans les futurs flux de packaging avancé.
Conclusion : façonner l’avenir du packaging avancé
Les substrats en verre représentent l’une des nombreuses orientations prometteuses explorées pour le packaging avancé de prochaine génération. Bien que d’importants défis techniques et de fabrication subsistent, la collaboration continue au sein de l’écosystème des semi-conducteurs accélère la recherche et le développement des procédés.
Grâce à son travail avec des consortiums dirigés par Fraunhofer IZM et Georgia Tech, Heidelberg Instruments se positionne comme un facilitateur de la R&D en packaging avancé, du développement de lignes pilotes, de l’exploration de procédés, du patterning adaptatif et de la montée en échelle future de la production.
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