يتم الانتقال من السيليكون والمواد العضوية إلى الزجاج والسيراميك ودوائر PCB من فئة M8/M9 في تغليف شرائح الذكاء الاصطناعي، لكن المواد الجديدة عادة ما تكون صلبة وهشة وصعبة التصنيع.

مؤلف المقال، المصدر: تقرير هوا تاي سكاي

تُصبح شرائح الذكاء الاصطناعي أكبر حجمًا، ويتم دفع مواد التغليف ومعدات المعالجة معًا إلى المقدمة.

في 8 يونيو، كتب فريق المعدات في شركة هوا تاي لل证券، بقيادة يانغ يونشياو، في تقرير بحثي: "إن الطلب المتزايد بسرعة على شرائح قوة الحوسبة للذكاء الاصطناعي ونقص العرض في مواد التغليف التقليدية يُسرّع انتقال مواد التغليف المتقدمة نحو مواد جديدة مثل الزجاج والسيراميك ودوائر PCB من فئة M8/M9."

المفتاح في الجزء الثاني من الجملة: الزجاج والسيراميك ودوائر PCB من الفئة M8/M9 جميعها صعبة المعالجة. الحفر الميكانيكي التقليدي يسبب بسهولة تشققات وحواف متكسرة؛ الحفر الكيميائي يعاني من كفاءة محدودة وتحكم ضعيف في الشكل؛ والليزر العادي يسبب بسهولة أضرارًا حرارية. وهنا تكمن قيمة الليزر الفائق السرعة.

لقد كان أداء الحفر الميكانيكي التقليدي، والنقش الرطب، والمعالجة بالليزر العادية ضعيفًا، بينما يُعد الليزر فائق السرعة، بفضل خاصية التصنيع البارد، الحل الأمثل للتصنيع الدقيق.

إطار قياس المؤسسة يشمل طبقات الزجاج الوسيطة، لوحات الزجاج، مواد M9، ولوحات وحدات الضوء كتطبيقات محتملة، ويوفر مساحة سوق مستقبلية تتجاوز تريليون يوان. لكن هذه المساحة لا تتحقق بشكل خطي، بل تعتمد على قدرة مسارات CoPoS وCoWoP ولوحات الزجاج ولوحات M9 PCB على الدخول في مرحلة الإنتاج الضخم.

كلما زاد حجم شريحة الذكاء الاصطناعي، كلما واجهت مواد التغليف حدودها أولاً

الضغط على التغليف المتقدم يأتي أولاً من الرقاقة نفسها.

في تطوير منتجات NVIDIA، يستمر عدد الرقائق داخل التغليف وتكوين HBM في الزيادة. تُظهر البيانات أن GP100 يحتوي على 4 وحدات HBM وسعة 16 جيجابايت و5 رقائق متكاملة؛ بينما وصل GB100 إلى 8 وحدات HBM وسعة 192 جيجابايت و10 رقائق متكاملة.

مع زيادة حجم الشريحة ومساحة التغليف، يصبح التبريد، والانحناء، ونقل الإشارات أكثر صعوبة.

تنقسم طرق CoWoS السائدة حاليًا إلى ثلاث فئات: S و R و L. تتميز CoWoS-S بأفضل أداء ولكن أعلى تكلفة، مع حد أقصى لحجم التغليف يبلغ حوالي 2700 ملم²؛ تتميز CoWoS-R بتكلفة أقل، لكنها تواجه صعوبة في التحكم في التشوه في تغليف الأحجام الكبيرة؛ بينما تقدم CoWoS-L توازنًا بين التكلفة والأداء، إلا أن حدود الحجم وقدرات التبريد والموثوقية لا تزال محدودة.

الخطوة التالية تعتمد بشكل رئيسي على CoPoS و CoWoP.

CoPoS تعني "تربع الدائرة". إنها تقطع حامل التغليف من قرص دائري إلى لوحة مربعة لتحسين استخدام المساحة، وتستبدل السيليكون أو طبقة وسيطة عضوية بالزجاج.

أما CoWoP، فهو أكثر مباشرة: يُستبعد لوح ABF ويُربط طبقة السيليكون مباشرةً بلوحة الدوائر المطبوعة. هذا يقلل من مسارات التوصيل، لكنه يفرض متطلبات أعلى على لوح الدوائر المطبوعة، مثل عرض ومسافة خطوط أصغر، وحشو الثقوب بدون فراغات، ومواد ذات معامل تمدد حراري منخفض، إلخ.

وفقًا لتريندفورس وشبكة التلفزيون المركزية، تخطط تايوان سيميكوندكتور مانوفاكتورينغ لتركيب خط إنتاج ضخم CoPoS في مصنع جيايي، مع بدء تسليم المعدات للخط التجريبي في فبراير 2026؛ وفي الجمعية العامة السنوية للمساهمين في تايوان سيميكوندكتور مانوفاكتورينغ في 4 يونيو، ذكر الرئيس والمدير التنفيذي وو جيه جيا أن خطوط الإنتاج التجريبية لـ CoPoS ولوحات الزجاج قد تم بناؤها بالفعل، ومن المتوقع أن تدخل مرحلة الإنتاج الضخم على نطاق أوسع خلال عامين إلى ثلاث سنوات. وفقًا لـ IT Home، تهدف نيفيديا إلى تحقيق الإنتاج الضخم لـ CoWoP على Rubin Ultra.

نقص المواد يدفع الصناعة أيضًا للأمام.

لوحات ناقلة ABF عالية الأداء لـ CoWoS، تتضمن المواد الأساسية غشاء ABF وقماش زجاجي خاص T-Glass منخفض الثابت الكهربائي. يُزود T-Glass تقريبًا بالكامل من شركة Nittobo اليابانية، وقد اكتمل تحميل الطاقة الإنتاجية حاليًا.

في الوقت نفسه، تتطلب وحدات GPU العليا من الجيل التالي من نيفيديا، روبين، لوحات نقل ABF متقدمة للتغليف، بالإضافة إلى تخزين مسبق، مما يزيد من شح العرض.

هذا أحد الأسباب التي جعلت المواد القائمة على الزجاج تعود إلى المقدمة مرة أخرى.

الزجاج والسيراميك وM9 ليست مواد من نفس الطبقة، ولا يمكن استبدالها ببساطة ببعضها البعض

غالبًا ما يقارن السوق الزجاج والسيراميك ومواد M9 معًا. لكنها لا تنافس تمامًا على نفس المستوى.

كتب هوا تاي سكايتش بوضوح: "تُستخدم الألواح الزجاجية أساسًا في طبقات الوسيط ولوحات النقل في التغليف المتقدم، ولا تتعارض مع مواد مثل السيراميك/M9 المستخدمة في تطبيقات PCB."

الهيكل التقليدي CoWoS من الأعلى إلى الأسفل هو الرقاقة، والطبقة الوسيطة، ولوحة النقل، وطبقة PCB. تُستخدم الزجاج بشكل رئيسي في الطبقة الوسيطة ولوحة النقل. تُستخدم المواد السيراميكية ومادة M9 بشكل أكبر في مواد PCB أو سيناريوهات تبريد عالية القدرة.

مزايا الزجاج تكمن في استقرار الأبعاد، وسطح مستوٍ، وفقدان عالي التردد منخفض، كما يمكن إجراء ثقوب زجاجية م通 (TGV). تُظهر البيانات أن معامل العزل الكهربائي للزجاج يتراوح بين 3.5 و10، ومعامل التمدد الحراري (CTE) قابل للضبط بين 2.7 و12.4 جزء في المليون، ويمكن تحقيق استواء السطح بأقل من 4 نانومتر.

اتجاه ترقية PCB هو M8 و M9 وحتى M10.

كلما زاد الرقم، قلّت خسائر إشارة النقل، وزادت السرعة، وازدادت الاستقرار. يعتمد قلب لوحات الدوائر المطبوعة من الفئة M8/M9 على ثابت عزل كهربائي Dk أقل، وفقدان عزل كهربائي Df أقل، بالإضافة إلى نظام ألياف زجاجية عالي المودول وذو تمدد منخفض، وورق نحاسي بسطح شديد الانخفاض.

صعوبة M9 تكمن في أن المواد أكثر صلابة. فقد أدخلت قماش السيليكا Q-glass كمادة معززة. إن ألياف الزجاج السيليكا النقية العالية لها صلادة موس تتجاوز 7، وهي أعلى من مستوى 5 إلى 6 لألياف الزجاج E-glass التقليدية.

السيراميك يركز على التبريد وتوافق التمدد الحراري.

تشير البيانات إلى أن معامل التوصيل الحراري لمواد ABF يتراوح بين 0.8 و1.2 واط/م·كيلفن، بينما يمكن أن يصل معامل التوصيل الحراري للألواح السيراميكية إلى 200 واط/م·كيلفن. يبلغ معامل التوصيل الحراري لنيتريد الألومنيوم بين 170 و230 واط/م·كيلفن، ونيتريد السيليكون بين 60 و90 واط/م·كيلفن، وكاربيد السيليكون المُصهور حوالي 100 إلى 250 واط/م·كيلفن.

هذا يفسر لماذا قد تُركز ثلاث فئات من المواد في نفس الوقت: الزجاج لحل مشكلات الطبقات الوسيطة واللوحات الأساسية، وM8/M9 لحل مشكلات التوصيل عالي السرعة، والسيراميك لحل مشكلات تبديد الحرارة الناتجة عن الاستهلاك العالي للطاقة.

لماذا "السكين الجراحية": الليزر الفائق السرعة يقلل الضرر الحراري إلى أدنى حد

التركيز على الليزر الفائق السرعة ليس "زيادة القدرة"، بل "تقصير الوقت".

عرّفت هوا تاي لل证券: "يُشار عادةً إلى الليزر فائق السرعة بأنه ليزر بطول نبضات في نطاق الباسكواند (10⁻¹² ثانية) إلى الفيمتوثانية (10⁻¹⁵ ثانية)."

في هذا الوقت القصير، يأتي الطاقة بسرعة وتذهب بسرعة. لم تُمنح المادة الوقت الكافي لتشتت الحرارة، وقد اكتمل الإزالة. تُسمى هذه الآلية "الإزالة الباردة".

هذا يختلف عن الليزر النبضي الطويل التقليدي.

الليزر التقليدي يشبه "حرق" المادة. ينتج منطقة مؤثرة حراريًا كبيرة، مما يؤدي بسهولة إلى تشققات، شقوق مجهرية، ذوبان، وتكربن.

الليزر الفائق السرعة يشبه "تقشير" المادة. فهو يعمل مباشرة على مستوى الإلكترونات السطحية للمادة من خلال تأثيرات غير خطية مثل الامتصاص متعدد الفوتونات، مما يقلل من انتشار الحرارة.

التقرير يصف ذلك بأنه: "الليزر فائق السرعة ليس مجرد ترقية معلمية للليزر التقليدي، بل هو تغيير جوهري في آلية المعالجة."

في المعالجة الفعلية، يتوافق هذا الاختلاف مع ثلاثة نتائج: منطقة متأثرة بالحرارة أصغر، وانحدار جدران الثقب قابل للضبط، وشكل معالجة أكثر مرونة.

أشار المحللون إلى أن الحفر بالليزر يمكنه معالجة ثقوب دقيقة بأي شكل، وهو ما يصعب تحقيقه بالحفر الميكانيكي.

أفضل ثلاث عمليات تُظهر الطلب: TGV وM9 Microvia وحفر السيراميك

الخطوة الأولى هي لوحة زجاجية TGV.

تشمل العمليات الأساسية لألواح الزجاج ست خطوات: تعديل الليزر TGV، نحت الثقوب، الفحص البصري AOI، ترسيب طبقة البذور، الترسيب الكهربائي لملء الثقوب، والطحن.

حيث إن "تعديل الليزر TGV هي العملية الأولى والأكثر أهمية".

السبب بسيط: الزجاج يفتقر إلى القدرة على التشوه البلاستيكي. عندما تكون الطاقة مرتفعة جدًا أو غير متساوية، من السهل أن تتشكل شقوق دقيقة أو تركيز إجهادات حرارية أو عيوب داخلية. عندما يصبح قطر الثقب أقل من 30 ميكرومترًا، يصبح التحكم في منطقة التأثير الحراري أكثر صرامة.

يمكن للليزر فائق السرعة ذو النبضات القصيرة جدًا تحقيق تعديل غير حراري داخل الزجاج، مما يقلل من مشاكل الشقوق الناتجة عن الإجهاد الحراري والتشققات.

الخطوة الثانية هي معالجة الثقوب الدقيقة في لوح PCB من الفئة M9.

M9 مصمم لبيئات نقل فائقة السرعة تزيد عن 1.6 تيرابت في الثانية. لقد قام بإدخال ألياف زجاجية كوارتز نقيّة لتقليل فقدان الإشارة، لكن هذا زاد من صعوبة التصنيع.

تُظهر البيانات أن عمر مثقاب الميكانيكي التقليدي ينخفض إلى خمسة أضعاف مقارنة بالمواد التقليدية، كما يتدهور دقة القطر وموضع الثقب.

مشكلة ليزر CO₂ هي أن منطقة التأثير الحراري كبيرة جدًا، مما قد يؤدي إلى كربنة الراتنج وتمزق الألياف الزجاجية. إن ليزر UV النانوثانية يمتلك كفاءة منخفضة في إزالة الألياف الزجاجية الكوارتزية الصلبة، كما أن جودة جدران الثقوب ليست مثالية.

قيمة الليزر الفائق السرعة تكمن في القدرة على إزالة ألياف الزجاج عالية الصلابة بدقة، مع تجنب كربنة الراتنج أو حدوث تقصير في طبقات النحاس.

الخطوة الثالثة هي المعالجة الدقيقة للألواح السيراميكية.

المواد السيراميكية مثل نيتريد الألومنيوم ونيتريد السيليكون وكاربيد السيليكون تتمتع بصلابة عالية وتوصيل حراري قوي. تُظهر البيانات أن صلابة هذه المواد على مقياس موهس يمكن أن تصل إلى 7 إلى 9، وأن معامل التوصيل الحراري يمكن أن يتجاوز 200 واط/م·كيلفن.

الحفر الميكانيكي يؤدي إلى ارتداء سريع للدريل، وسطح ثقوب خشن، وتشققات حادة. طاقة الليزر العادية تنتشر بسرعة، مما يشكل منطقة تأثير حراري وتشققات دقيقة.

يمكن للليزر فائق السرعة تحسين هذه المشكلة، لكنه ليس خاليًا من الحدود.

كما حذّر المحللون أنه في عمليات المعالجة عالية الإنتاجية، قد لا تزال ظاهرة تراكم الحرارة الناتجة عن النبضات عالية التردد تؤدي إلى تكوين شقوق دقيقة، مما يتطلب التحكم المنطقي في التردد المتكرر وكثافة الطاقة. ولا يزال القطاع يستكشف حلولاً مركبة مثل الليزر فائق السرعة عالي الطاقة، والثقب المسبق الميكانيكي متبوعًا بتصحيح الليزر فائق السرعة، والليزر المدعوم بالمجال المغناطيسي، والليزر المدعوم بالبرودة.

ما هي الافتراضات التي تأتي منها مساحة تريليون دولار؟

مساحة السوق لأجهزة الليزر فائق السرعة، وتأتي بشكل رئيسي من أربع فئات من التطبيقات المحتملة: طبقة وسيطة من الزجاج CoPoS، لوحات زجاجية ABF، مواد M9، لوحات وحدات الضوء.

في الحسابات، يُفترض أن سعر الوحدة للجهاز هو 6 ملايين يوان. وفقًا لمستويات الاختراق المختلفة، تكون مساحات السوق المخزنة المقابلة على النحو التالي:

• معدل نفاذية 10%: حوالي 10.3 مليار يوان؛
• معدل نفاذية 30%: حوالي 31 مليار يوان؛
• معدل نفاذية 50%: حوالي 51.6 مليار يوان؛
• معدل نفاذية 80%: حوالي 82.6 مليار يوان؛
• معدل نفاذية 100%: حوالي 103.3 مليار يوان.

في هذا السياق، يساهم مادة M9 بأكبر قدر. تحت افتراض نسبة نفاذية 100٪، فإن مادة M9 تقابل احتياجات معدات قدرها 11574 جهازًا؛ و板 زجاج ABF تقابل 3704 أجهزة؛ وطبقة وسيطة زجاجية CoPoS تقابل 1757 جهازًا؛ و板 وحدات الضوئية تقابل 174 جهازًا.

هذا الحساب يحتوي على افتراضين ضمنيين.

أولاً، حقاً ما زال التغليف المتقدم يتوسع من CoWoS إلى CoPoS وCoWoP. لقد خططت TSMC لإنتاج ضخم لخط إنتاج CoPoS، وقد أكملت بالفعل خطوط إنتاج تجريبية لـ CoPoS ولوحات زجاجية، ومن المتوقع أن تدخل مرحلة الإنتاج الضخم على نطاق أوسع خلال عامين إلى ثلاثة أعوام.

ثانيًا، المواد مثل الزجاج الأساسي وـ M9 PCB والسيراميك ليست مسارات مخبرية، بل يمكنها الدخول إلى الإنتاج الضخم. تأتي طلبات المعدات في النهاية من خطوط الإنتاج الضخم، وليس من السرديات التقنية.

LPKF تركز على الفئة العليا، بينما تسعى الشركات المحلية لمتابعة الحلول الكاملة

مشهد أجهزة الليزر فائق السرعة العالمي، حيث تحتل الشركات الرائدة في الخارج موقعًا متقدمًا في السوق الفاخرة، بينما تتسارع الشركات المحلية في المضي قدمًا للاستيعاب.

مزايا LPKF الألمانية تكمن في تقنية LIDE للنحت العميق بالليزر. تُستخدم هذه التقنية في معالجة رقائق الزجاج، وتتيح معالجة خالية من الشقوق، ذات نسب عمق إلى عرض عالية، وضرر حراري منخفض. يُوجَّه جهاز Vitrion S 5000 نحو المعالجة الدقيقة للزجاج الرقيق وثقوب TGV، مع أقصى نسبة عرض إلى ارتفاع تصل إلى 1:50.

مسارات الشركات المحلية أكثر تشتتًا وأكثر اقترابًا من التحقق من العمليات السفلية.

تقوم HAN'S CNC بتطوير معدات مخصصة لـ PCB، وقد أطلقت جهازًا للحفر بالليزر فائق السرعة. يبلغ أصغر قطر ثقب في آلة الحفر بالليزر للزجاج 10 ميكرومتر، ويمكن أن يصل نسبة العمق إلى القطر للمواد الشائعة إلى 50:1.

تتمتع HAN'S Laser بتقنيات مصادر ضوئية بال-picosecond UV و-picosecond IR، وتشمل منتجاتها المعالجة الدقيقة للمواد الهشة مثل الزجاج والأكسيد الأزرق والسيراميك، كما تتوافق مع عمليات متقدمة مثل mSAP وTGV.

تير ليزر تركز على TGV للزجاج. يمكن لجهاز الليزر الدقيق TGV على مستوى الشريحة دعم أنواع مختلفة من الزجاج، مع أصغر قطر ثقب ≤5µm ونسبة القطر إلى العمق تصل إلى 1:100.

تمتلك Inno Laser توزيعًا للمنتجات يغطي من النانوثانية إلى الفيمتوثانية، ومن الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية العميقة، مع تجاوز مبيعات الليزر 22,000 وحدة، وقد تم تحقيق أول طلبية لجهاز الحفر الفائق السرعة لدوائر PCB.

دقة إعادة التحديد لجهاز الليزر لثقب الزجاج من Lianying Laser هي ±1 ميكرومتر، ويمكنه معالجة زجاج بسماكة 20 مم، ويجري حاليًا التحقق من جهاز ثقب TGV للزجاج من قبل العملاء.

تتخصص ديلون ليزر في تصنيع معدات المعالجة الليزرية الدقيقة والليزرات الأساسية، حيث تطور ليزرًا صلبًا بفترة بيكوثانية وفيمتوثانية، وتغطي تطبيقات مثل TGV وقطع wafer ومعالجة السيراميك والزجاج.

هاي موكسينغ تركز على "الليزر + الأتمتة"، وتُطور عمليات مثل النقش بالليزر والتحفيز بالليزر، وتشمل أنشطتها مجالات البطاريات الليثيوم، والطاقة الشمسية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأشباه الموصلات.

التركيز التنافسي لم يعد يقتصر فقط على مواصفات الجهاز الفردي. المواد المتقدمة للتغليف معقدة، ونافذة التصنيع ضيقة، ويتطلب القطاع السفلي حلولاً كاملة تشمل المصادر الضوئية، والتحكم الحركي، ومعايير العمليات، والفحص، والأتمتة. تأتي فرص الشركات المحلية أيضًا من القدرة على التسليم المحلي والاستجابة الهندسية.

الخطر في وتيرة الإنتاج الضخم، وليس في المفهوم نفسه

منطق الليزر فائق السرعة واضح جدًا: كلما كانت المادة أصلب، والثقب أصغر، وتأثر الحراري أقل قبولًا، زادت قيمة الليزر فائق السرعة.

لكن هناك ثلاثة أنواع من المخاطر المرتبطة بزيادة الحجم في الجهاز.

أولاً، تطور تقنيات التパك المتقدمة لم يحقق التوقعات. إذا تأخرت خطوات مثل CoPoS وCoWoP ولوحات الزجاج أكثر من المتوقع، فسيتأخر الطلب على المعدات ذات الصلة.

ثانيًا، الاستثمار في قوة الحوسبة للذكاء الاصطناعي لم يحقق التوقعات. الدافع الأساسي لترقية مواد التغليف يأتي من الطلب على رقائق الذكاء الاصطناعي الفائقة التطور، وإذا تباطأ إنفاق رأس المال في الأسفل، فسيتأثر طلب المعدات.

ثالثًا، مخاطر الاحتكاك التجاري الدولي. تعتمد مواد وأجهزة التパكيغ المتقدم على سلسلة التوريد العالمية، وقد تؤثر القيود التجارية على التحقق والتسليم ووتيرة توسع العملاء.

ليس الليزر الفائق السرعة بالنسبة للسوق مجرد قصة "أجهزة ليزر"، بل هو سكين دقيق يجب تزويده في مرحلة التصنيع بعد التحول إلى مواد التغليف المتقدمة.