Op de vakbeurs Semicon Taiwan presenteert hightechbedrijf Trumpf twee baanbrekende innovaties voor de AI-chipproductie. De eerste oplossing gebruikt een nieuwe ultrakorte-pulslaser om geïntegreerde koelkanalen aan te brengen. Met de tweede technologie, HiPIMS, voorziet Trumpf glassubstraten van een geleidende coating. De uitdaging daarbij is dat miljoenen microscopisch kleine gaten goed gecoat moeten worden.
Met de explosieve vraag naar rekenkracht verschuift het technologische strijdtoneel in de halfgeleiderindustrie steeds meer naar advanced packaging, het dicht op elkaar stapelen en onderling verbinden van microchips. Deze ontwikkeling stelt de industrie voor twee uitdagingen: extreme warmteontwikkeling binnenin gestapelde chips en de noodzaak om over te stappen op nieuwe substraatmaterialen zoals glas. Trumpf speelt hierop in met ultrakorte pulslasers voor geïntegreerde chipkoeling en geavanceerde HiPIMS-coatingtechnologie voor glassubstraten.
Geïntegreerde microfluïdische kanalen
Koelen waar de warmte ontstaat
Naarmate AI-processoren aan rekenkracht winnen, vormt warmteafvoer de voornaamste flessenhals voor verdere prestatiewinst. Conventionele koelsystemen op het niveau van serverracks of complete datacenters zijn niet langer toereikend om de warmte die diep in een chipstapel ontstaat snel genoeg af te voeren. Toonaangevende chipfabrikanten zetten daarom in op hun ontwikkelingsroadmaps in op microfluïdische koelstructuren en warmtespreiders die rechtstreeks in de chipstapel worden geïntegreerd.
Industriële massaproductie met ultrakorte pulslaser
Het vervaardigen van deze microscopische koelkanalen in robuuste materialen zoals siliciumcarbide (SiC) en diamant is met traditionele chemische etstechnieken echter uiterst complex, traag en kostbaar. Trumpf maakt industriële massaproductie nu mogelijk door de inzet van ultrakorte pulslasers (USP-lasers). Door hoog laservermogen te combineren met geavanceerde bundelvorming (beam-shaping) bewerken de USP-lasers siliciumcarbide met micrometerprecisie.
Het grote voordeel van deze laserapplicatie ligt in de combinatie van snelheid en kwaliteit: de verwerkingssnelheid ligt minstens vijfmaal hoger dan bij traditioneel etsen, terwijl een uitstekende oppervlaktekwaliteit en precieze geometrie gegarandeerd blijven. Dit stelt chipfabrikanten in staat om flexibel en kostenefficiënt geïntegreerde koelstructuren op industriële schaal te produceren.
HiPIMS-coating voor miljoenen gietgaten
Naast thermisch beheer verschuift de innovatie in chippackaging naar het gebruik van glassubstraten. Glas maakt het mogelijk om meer functionaliteiten op een kleiner oppervlak te integreren en zorgt voor een snellere en efficiëntere datacommunicatie binnen de chip. Om glassubstraten te benutten, moeten fabrikanten echter miljoenen microscopisch kleine en diepe gaten (through-glass vias) in het glas boren en deze vervolgens voorzien van een geleidende laag.
Omdat deze openingen extreem smal en diep zijn, lopen conventionele coatingtechnologieën vast. Een gebrekkige coating in slechts een fractie van de miljoenen gaten kan een compleet glaspaneel onbruikbaar maken. Het Duitse hightech bedrijf biedt hiervoor een industriële oplossing met zijn HiPIMS-productlijn (High Power Impulse Magnetron Sputtering).
Hooggeïoniseerd plasma
HiPIMS-generatoren van Trump wekken een hooggeïoniseerd plasma op met een uitzonderlijk hoog aandeel elektrisch geladen deeltjes. Met behulp van aanvullende elektrische en magnetische velden worden de deeltjes nauwkeurig tot diep in de smalle structuren geleid. Dit resulteert in een zeer homogene laag met een hoge moleculaire dichtheid. Het proces verhoogt de processtabiliteit en het productierendement (yield) van werkende componenten drastisch, wat essentieel is voor een economisch haalbare massaproductie van toekomstige AI-chips op glassubstraten.
Sleutelrol voor Europese technologie in de globale keten
Met de combinatie van ultrakorte pulslasers, HiPIMS-plasmageneratoren en voedingen levert Trumpf cruciale bouwstenen voor de fabricage van hoogwaardige chips voor kunstmatige intelligentie en datacenters. De gepresenteerde innovaties op Semicon Taiwan laten zien hoe Europese procestechnologie en machinebouw bepalend zijn voor het slechten van fysieke barrières in de wereldwijde halfgeleiderindustrie.
