Việc chuyển từ các tấm wafer tròn quen thuộc sang tấm nền hình vuông được kỳ vọng sẽ giúp tối ưu diện tích bề mặt để bố trí được nhiều chip hơn trên cùng một đế bán dẫn...

Trung tâm đổi mới của Lam Research đang tìm cách tháo gỡ những nút thắt kỹ thuật để tăng hiệu quả sản xuất chip AI bằng cách thay thế wafer silicon tròn quen thuộc bằng những tấm vuông kích thước lớn.

Lam Research, một trong những tập đoàn thiết bị bán dẫn lớn của thế giới, mới đây đã chính thức mở “Panel Innovation Center”, trung tâm chuyên nghiên cứu công nghệ “Panel Level Packaging” (PLP), đóng gói chip trên các tấm nền vuông thay vì wafer tròn truyền thống. 

Đóng gói là công đoạn cuối trong quy trình sản xuất bán dẫn, diễn ra sau khi các mạch điện đã được hình thành trên wafer. Ở giai đoạn này, các con chip được cắt tách, kiểm tra, đóng gói và hoàn thiện để có thể đưa vào sử dụng trong các thiết bị thực tế.

Việc chuyển hướng từ wafer tròn sang tấm nền vuông của Lam Research nhằm mục tiêu xử lý được nhiều chip hơn trong cùng một lần sản xuất, giảm lãng phí nguyên liệu và nâng cao hiệu quả đóng gói.

Ngành bán dẫn nhiều thập kỷ qua gần như phát triển dựa hoàn toàn trên wafer hình tròn. Tuy nhiên, các bộ xử lý AI hiện nay không còn là chip đơn lẻ mà thường tích hợp nhiều GPU, bộ nhớ băng thông cao (HBM) cùng các thành phần kết nối tốc độ cao. Khi kích thước ngày càng lớn, phần diện tích bị bỏ phí ở rìa wafer tròn cũng nhiều hơn.

PLP được xem là lời giải cho bài toán này. Nếu xếp nhiều hình vuông trên một đĩa tròn sẽ luôn xuất hiện khoảng trống ở các mép, nhưng một tấm nền vuông cho phép bố trí chip dày đặc và tối ưu hơn nhiều.

Một wafer tiêu chuẩn đường kính 300 mm hiện nay chỉ chứa được khoảng 8 chip cỡ lớn (84 mm × 54 mm). Trong khi đó, tấm nền vuông kích thước 310 mm × 310 mm có thể chứa tới 15 chip. Nếu tăng kích thước lên 510 mm × 515 mm, số lượng chip sản xuất được có thể đạt 54 – tức cao gấp nhiều lần so với công nghệ wafer truyền thống

Tuy nhiên, nếu wafer hình tròn đã được ngành bán dẫn tối ưu suốt nhiều thập kỷ, thì việc chuyển sang các tấm nền vuông lại kéo theo hàng loạt bài toán hoàn toàn mới.

Không giống wafer hình tròn, các tấm nền vuông khiến việc phủ và phân bổ hóa chất đồng đều từ phần trung tâm ra tới các góc trở nên phức tạp hơn nhiều. Kích thước tấm nền càng lớn, nguy cơ cong vênh càng cao, từ đó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác và tỷ lệ thành phẩm trong quá trình sản xuất chip.

PLP giúp tăng đáng kể số lượng chip trên mỗi tấm nền, nhưng mặt trái là rủi ro cũng tăng lên tương ứng. Chỉ một lỗi nhỏ trong quy trình có thể khiến cả tấm nền chứa hàng chục chip giá trị cao bị loại bỏ, gây thiệt hại lớn hơn nhiều so với wafer truyền thống.

Lam Research cho biết họ sẽ sử dụng trung tâm đổi mới này để kiểm chứng toàn bộ những thách thức trên trước khi tiến tới sản xuất hàng loạt. Công ty đang phối hợp trực tiếp với khách hàng trong các điều kiện vận hành thực tế nhằm cải thiện tỷ lệ thành phẩm đạt chuẩn, nâng cao độ đồng đều của quy trình và giảm thiểu lỗi phát sinh trước khi thương mại hóa quy mô lớn.

Tuy nhiên, để PLP thực sự trở thành chuẩn mực mới của ngành bán dẫn, bài toán không chỉ nằm ở công nghệ, mà còn ở việc xây dựng được cả một hệ sinh thái đồng bộ.

Việc chuyển từ wafer tròn sang tấm nền vuông đồng nghĩa toàn bộ chuỗi cung ứng, từ thiết bị, vật liệu cho tới khách hàng, đều phải thích nghi với các tiêu chuẩn và quy trình hoàn toàn mới. Nếu mỗi công ty sử dụng một kích thước hoặc thông số tấm nền khác nhau, quá trình tiêu chuẩn hóa thiết bị, vật liệu và kiểm định sẽ bị kéo dài, làm chậm tốc độ thương mại hóa.

Ông Aaron Pellis, Phó chủ tịch phụ trách hệ thống công nghệ thiết bị xử lý ướt của Lam Research, cho rằng PLP không thể được thương mại hóa chỉ bằng nỗ lực của một doanh nghiệp riêng lẻ. Theo ông, điều kiện tiên quyết là phải có sự hợp tác của toàn bộ hệ sinh thái, bao gồm khách hàng, nhà cung cấp vật liệu, công ty thiết bị, viện nghiên cứu và các trường đại học.

Ông tin tưởng trung tâm đổi mới của Lam Research sẽ đóng vai trò như “đầu mối” để các bên cùng phát triển công nghệ và hình thành hệ sinh thái PLP trong tương lai.