Ang pagpapakete ng AI chip ay umiikot mula sa silikon at organic materials patungo sa basa, seramiko, at PCB ng klase M8/M9, ngunit ang mga bagong materyales ay karaniwang matigas at madaling masira, at mahirap i-proseso.

May-akda ng artikulo, pinagkunan: Rapor ng Huatai Securities

Lalong lumalaki ang mga chip ng AI, at kasabay nito, inilalabas na ang mga materyales sa pagpapakete at mga kagamitan sa pagproseso.

Noong Hunyo 8, isinulat ni Yang Yunxiao at iba pang team ng machinery ng Huatai Securities sa kanilang research report: "Ang mabilis na pagtaas ng demand para sa AI computing chips at ang kakulangan sa suplay ng mga tradisyonal na materyales sa packaging ay nagpapabilis sa paglipat ng advanced packaging materials patungo sa mga bagong materyales tulad ng baso, seramika, at PCB ng klase M8/M9."

Ang susi ay sa panghuling bahagi: mahirap i-process ang salamin, seramiko, at PCB ng klase M8/M9. Ang tradisyonal na mechanical drilling ay madalas magdulot ng chipping at cracks; ang wet etching ay may limitadong efficiency at kontrol sa morpology; habang ang karaniwang laser ay madalas magdulot ng thermal damage. Dito nakatutok ang halaga ng ultrafast laser.

Ang tradisyonal na mechanical drilling, wet etching, at karaniwang laser processing ay hindi epektibo, habang ang ultrafast laser ay nagiging solusyon sa precision machining dahil sa kanyang cold processing特性.

Ang framework ng pagtataya ng institusyon ay kasasama ang glass interposer, glass substrate, M9 material, at glass-based modules bilang potensyal na aplikasyon, na nagbibigay ng mas malaking market space na higit sa isang bilyon yuan. Gayunpaman, ang market space na ito ay hindi linyar na matutupad, at nakadepende kung makakapasok ba ang mga ruta tulad ng CoPoS, CoWoP, glass substrate, at M9 PCB sa proseso ng mass production.

Mas malaki ang AI chip, mas mauna ang mga materyales ng packaging na makakasalungat sa limitasyon.

Ang presyong dulot ng advanced packaging ay mula sa sariling chip.

Sa pagpapalit ng mga produkto ng NVIDIA, patuloy na tumataas ang bilang ng mga chip sa pakete at ang HBM configuration. Ayon sa data, ang GP100 ay may 4 na HBM, kapasidad na 16GB, at 5 na integrated chips; ang GB100 ay nasa 8 na HBM, kapasidad na 192GB, at 10 na integrated chips.

Mas malaki ang chip, mas malaki ang area ng packaging, mas mahirap ang pagdisip ng init, pagkabuo, at pagpapadala ng signal.

Ang mga pangunahing ruta ng CoWoS ay nahahati sa tatlong kategorya: S, R, at L. Ang CoWoS-S ay may pinakamahusay na performance ngunit ang pinakamataas na gastos, na may limitasyon sa sukat ng packaging na humigit-kumulang 2,700 mm²; ang CoWoS-R ay mas mura, ngunit mahirap kontrolin ang pagkabigo sa malalaking sukat ng packaging; ang CoWoS-L ay isang kompromiso sa pagitan ng gastos at performance, ngunit ang limitasyon sa sukat, kakayahan sa pagpapalamig, at reliability ay patuloy na limitado.

Ang susunod na landas ay kumikita sa CoPoS at CoWoP.

Ang CoPoS ay ang "squaring the circle." Ito ay nagpapalit sa mga encapsulated substrate mula sa circular wafer patungo sa square panel upang mapataas ang paggamit ng lugar, at ginagamit ang glass bilang palitan sa silicon o organic interposer.

Mas direkta naman ang CoWoP: pinapalitan ang ABF substrate sa pamamagitan ng pagpapalit ng silicon interposer nang direkta sa PCB. Ito ay nagpapababa ng haba ng koneksyon, ngunit nagtataglay ng mas mataas na mga kinakailangan sa PCB, kabilang ang mas maliit na line width at spacing, via filling nang walang puwang, at mga materyales na may mababang coefficient ng thermal expansion.

Ayon sa TrendForce at China Television News, ang TSMC ay nagpaplano na ilagay ang CoPoS production line sa kanilang facility sa Chiayi, na magsisimula ang pagpapadala ng kagamitan sa pekeng production line noong Pebrero 2026; noong ika-4 ng Hunyo, sa panauhing panlalawigan ng TSMC, si Chairman at CEO Dr. C.C. Wei ay binanggit na kasalukuyang natatapos na ang CoPoS at glass substrate pilot production line, at inaasahang makakapasok sa mas malaking iskala ng produksyon sa loob ng 2 hanggang 3 taon. Ayon sa IT Home, ang NVIDIA ay may layunin na ma-achieve ang CoWoP production sa Rubin Ultra.

Ang kakulangan sa materyales ay nagpapagalaw din sa industriya.

High-performance ABF substrate for CoWoS, with core materials including ABF film and T-Glass specialty low-dielectric glass fabric. T-Glass is “almost entirely supplied by Nittobo of Japan, and current capacity is fully utilized.”

Samantala, ang susunod na henerasyon ng NVIDIA na Rubin high-end GPU ay nangangailangan ng mataas na antas na ABF substrate para sa packaging, at kailangan ng maagang pagkakaroon ng stock, na nagpapalaki pa sa kakulangan sa supply.

Ito ay isa sa mga dahilan kung bakit binago ang mga materyales na batay sa baso.

Ang glass, ceramic, at M9 ay hindi magkakatulad na materyales, hindi ito simpleng nagpapalit-palit.

Madaling ihambing ng merkado ang baso, seramika, at materyales na M9. Ngunit hindi sila ganap na nagsasalungat sa parehong antas.

Sinulat nang direkta ng Huatai Securities: "Ang glass substrate ay pangunahing ginagamit sa intermediate layer at substrate para sa advanced packaging, at hindi nagkakasalungat sa mga materyales tulad ng ceramic o M9 sa mga aplikasyon ng PCB."

Ang tradisyonal na istruktura ng CoWoS mula sa itaas pababa ay ang chip, intermediate layer, substrate, at PCB layer. Ang baso ay pangunahing ginagamit sa intermediate layer at substrate. Ang ceramic substrate at M9 material ay mas maraming ginagamit sa mga materyales na kaugnay ng PCB o sa mga escenario na nangangailangan ng mataas na pagpapalabas ng init.

Ang mga benepisyo ng salamin ay ang pagiging matatag sa sukat, patag na surface, mababang pagkawala sa mataas na kalikasan, at ang kakayahang gumawa ng TGV glass via. Ayon sa mga datos, ang dielektrikong koepisyente ng salamin ay 3.5 hanggang 10, ang CTE ay maaaring i-adjust mula 2.7 hanggang 12.4 ppm, at ang pagkakapantay-pantay ng surface ay maaaring maabot sa mas mababa sa 4 nm.

Ang mga direksyon ng pag-upgrade ng PCB ay ang M8, M9, at kahit ang M10.

Mas malaki ang numero, mas mababa ang pagkawala ng signal, mas mabilis ang bilis, at mas mataas ang katatagan. Ang core ng M8/M9 PCB ay mas mababang dielektrikong konstante (Dk), mas mababang pagkawala ng dielektriko (Df), at isang mataas na modulus at mababang pagpapalawig na sistema ng fiberglass kasama ang ultra-low profile copper foil.

Ang hamon sa M9 ay ang mas matigas na materyales. Ito ay naglalaman ng Q-glass na silika bilang pagsusulong na materyales. Ang mataas na kalidad na silika na fiber ay may katigasan sa skala ng Mohs na higit sa 7, na mas mataas kaysa sa 5 hanggang 6 ng tradisyonal na E-glass fiber.

Ang ceramic ay nagtatampok ng pagpapalamig at pagkakasunod sa pagpapalawig ng init.

Ayon sa mga datos, ang thermal conductivity ng ABF material ay 0.8 hanggang 1.2 W/mK, habang ang thermal conductivity ng ceramic substrate ay maaaring umabot sa 200 W/mK. Ang thermal conductivity ng aluminum nitride ay 170 hanggang 230 W/mK, ang silicon nitride ay 60 hanggang 90 W/mK, at ang sintered silicon carbide ay humigit-kumulang 100 hanggang 250 W/mK.

Ito ang nagpapaliwanag kung bakit tatlong uri ng materyales ay maaaring pinapansin nang sabay-sabay: ang salamin para sa interposer at substrate, ang M8/M9 para sa high-speed interconnect, at ang keramika para sa pagpapalawig ng init sa mataas na kapangyarihan.

Bakit ang “scalpel”: Ang ultra-mabilis na laser ay minumura ang thermal damage

Ang pangunahing punto ng ultrafast laser ay hindi ang “mas malakas na kapasidad,” kundi ang “mas maikling panahon.”

Ang Huatai Securities ay tinutukoy bilang: "Ang superfast laser ay karaniwang tumutukoy sa mga laser na may haba ng pulso sa antas ng picosecond (10−12s) hanggang femtosecond (10−15s)."

Sa ganitong maikling panahon, ang enerhiya ay dumating nang mabilis at umalis nang mabilis. Hindi pa nakakapag-dissipate ng init ang materyal, at ang pag-alis ay naitagpo na. Ang mekanismong ito ay tinatawag na “cold ablation.”

Ito ay iba sa tradisyonal na laser na may mahabang pulse.

Ang tradisyonal na laser ay mas katulad ng "pagsunog" ng materyales. Malaki ang thermal affected zone, madaling magdulot ng pagkabali, mikro-crack, pagkakasunog, at pagkakaroon ng karbon.

Ang superfast laser ay mas katulad ng "pagsisilip" sa materyal. Ito ay direktang nagpapagana sa antas ng elektron sa ibabaw ng materyal sa pamamagitan ng nonlinear effects tulad ng multiphoton absorption, na nagbabawas sa thermal diffusion.

Ang pagsasalaysay sa ulat ay: "Hindi lamang ang superfast laser ang isang simpleng pag-upgrade ng parameter sa tradisyonal na laser, kundi isang pangunahing pagbabago sa mekanismo ng pagproseso."

Sa tunay na proseso, ang pagkakaiba na ito ay nagtatapos sa tatlong resulta: mas maliit na heat-affected zone, adjustable taper ng pader ng butas, at mas flexible na hugis ng proseso.

Binanggit ng analista na ang laser drilling ay makakapag-proseso ng anumang hugis ng mikro-hole, isang bagay na mahirap gawin ng mechanical drilling.

Ang tatlong proseso na nagpapakita ng pinakamalaking pangangailangan: TGV, M9 micropores, ceramic etching

Ang unang isa ay glass carrier wafer TGV.

Ang mga mahahalagang proseso sa glass carrier board ay kasama ang anim na hakbang: TGV laser modification, pagsira ng thru-hole, AOI optical inspection, paglalagay ng seed layer, electroplating ng pagpuno ng hole, at grinding.

Kung saan, ang TGV laser modification ay ang unang at pinakamahalagang proseso.

Ang dahilan ay simpleng: ang salamin ay walang kakayahan sa plastikong deformasyon. Kapag sobrang mataas o hindi pantay ang enerhiya, madaling magkaroon ng mikro裂痕, pagkonsentrasyon ng thermal stress, o mga panloob na defekto. Kapag ang diameter ay bumaba sa ilalim ng 30 micrometers, mas mahigpit ang kontrol sa heat-affected zone.

Ang super short pulse ultrafast laser ay maaaring magdulot ng non-thermal modification sa loob ng baso, na nagbabawas sa thermal stress cracking at edge chipping.

Ang pangalawang proseso ay ang pagpapaputol ng microvia sa PCB na M9.

Ang M9 ay disenyo para sa mga kapaligiran ng superhigpit na pagpapadala na higit sa 1.6 Tbps. Upang bawasan ang pagkawala ng signal, ito ay naglalaman ng mataas na kalidad na quartz fiber, ngunit ito ay nagdudulot ng mas mataas na pagkakahirap sa pagproseso.

Ipinapakita ng data na ang buhay ng tradisyonal na drill bit ay bumababa nang malaki hanggang sa 1/5 ng tradisyonal na materyales, at mas masama ang precision ng diameter at position.

Ang problema ng CO₂ laser ay ang sobrang malaking heat-affected zone, na maaaring magdulot ng carbonization ng resin at pagkabulok ng glass fiber. Ang nanosecond UV laser ay may mababang efisiyensiya sa pag-alis ng mataas na katigasan na quartz glass fiber, at ang kalidad ng pader ng butas ay hindi ideal.

Ang halaga ng ultrafast laser ay nasa kakayahang alisin nang tumpak ang mataas na katigasan na fiberglass, habang hindi ito nagca-carbonize sa resin o nagkakaroon ng short circuit sa copper layer.

Ang ikatlong hakbang ay ang masusing pagproseso ng ceramic substrate.

Ang mga materyales na ceramic tulad ng aluminum nitride, silicon nitride, at silicon carbide ay may mataas na katigasan at malakas na pagkakadala ng init. Ayon sa mga datos, ang Mohs hardness ng mga materyales na ito ay maaaring umabot sa 7 hanggang 9, at ang thermal conductivity ay maaaring umabot sa higit sa 200 W/mK.

Ang mechanical drilling ay nagdudulot ng mabilis na pagkasira ng drill bit, rough na mga pader ng hole, at malalaking pagkasira sa edges. Ang enerhiya ng karaniwang laser ay mabilis na naiiwan, na nagiging sanhi ng heat-affected zone at microcracks.

Ang super mabilis na laser ay maaaring mapabuti ang problema na ito, ngunit may mga hangganan din ito.

Inirerekomenda rin ng mga analista na sa mataas na throughput processing, ang epekto ng pagkolekta ng init mula sa mga mataas na kalikasan ng pulse ay maaari pa ring magdulot ng microcracks, kaya kailangan ang tamang pagkontrol sa repetition rate at energy density. Patuloy pa rin ang industriya sa pag-aaral ng mga kompositong solusyon tulad ng mataas na enerhiyang ultrafast laser, mechanical pre-drilling kasama ang ultrafast laser finishing, magnetic field-assisted laser, at cryogenic-assisted laser.

Ano ang mga ipinapalagay na nagdudulot ng trillion-dollar na potensyal?

Ang market space ng mga kagamitan sa ultrafast laser ay pangunahang nagmumula sa apat na uri ng potensyal na aplikasyon: CoPoS glass interposer, ABF glass substrate, M9 material, at substrate para sa optical modules.

Sa pagkalkula, ang presyo bawat aparato ay batay sa 6 milyong yuan. Sa iba’t ibang antas ng pagkakaroon, ang kaukulang sukat ng merkado ay:

• 10% na rate ng pagkakaroon: humigit-kumulang na 10.3 bilyon;
• 30% na antas ng pagkakaroon: halos ¥31 bilyon;
• 50% na antas ng pagpasok: humigit-kumulang sa 51.6 bilyon yuan;
• 80% na antas ng pagpapalaganap: humigit-kumulang sa 82.6 bilyon yuan;
• 100% na antas ng pagpapalaganap: humigit-kumulang sa 103.3 bilyon.

Sa loob nito, ang M9 material ang nagdudulot ng pinakamalaking kontribusyon. Sa ilalim ng 100% penetration rate assumption, ang M9 material ay tumutugon sa 11,574 na unit ng equipment demand; ang ABF glass substrate ay tumutugon sa 3,704 na unit; ang CoPoS glass interposer ay tumutugon sa 1,757 na unit; at ang optical module substrate ay tumutugon sa 174 na unit.

Mayroong dalawang implicit na priyoridad sa mga kalkulasyong ito.

Una, ang advanced packaging ay talagang lumawak mula sa CoWoS patungo sa CoPoS at CoWoP. Ang TSMC ay nakaplanong magkaroon ng produksyon ng CoPoS at ayon na ay nagtatayo ng pilot production line para sa CoPoS at glass substrate, at inaasahang papasok sa mas malaking iskala ng produksyon sa loob ng 2-3 taon.

Pangalawa, ang mga materyales tulad ng glass substrate, M9 PCB, at ceramic ay hindi mga ruta sa laboratorio, kundi mga materyales na kayang pumasok sa malawakang produksyon. Ang mga order sa kagamitan ay nagmumula sa mga production line, hindi sa mga teknikal na kuwento.

Ang LPKF ay nagpapanatili ng mataas na antas, habang ang mga lokal na manufacturer ay hinahabol ang buong solusyon.

Ang global na landscape ng mga device para sa ultrafast laser ay kasalukuyang pinamumunuan ng mga lider sa abroad sa high-end market, habang ang mga lokal na manufacturer ay mabilis na nagpapabilis upang makasunod.

Ang kahusayan ng German LPKF ay nasa proseso ng LIDE laser-induced deep etching. Ginagamit ang prosesong ito sa pagproseso ng mga base ng salamin upang makamit ang pagproseso na walang pagsira, mataas na rasyo ng depth-to-width, at mababang pinsalang thermal. Ang kanilang Vitrion S 5000 ay nakatuon sa micro-machining ng thin glass at TGV vias, na may pinakamataas na depth-to-width ratio na hanggang 1:50.

Mas magkakalat ang landas ng mga lokal na tagagawa at mas malapit ito sa pag-verify ng mga proseso sa ilalim.

Ang Han's Laser ay nakatuon sa mga kagamitan para sa PCB at naglabas na ng mga laser drilling machine na sobrang mabilis. Ang kanilang laser drilling machine para sa salamin ay may minimum na diameter ng 10µm para sa thru-holes, at ang pangunahing materyales ay may depth-to-diameter ratio na hanggang 50:1.

May-alam ang Han's Laser sa mga teknolohiya ng光源 tulad ng picosecond UV at picosecond IR, at ang kanilang mga produkto ay kumakapal sa mikro-paggawa ng mga butil na materyales tulad ng baso, sapphire, at seramiko, at kompatibulo rin sa mga mataas na proseso tulad ng mSAP at TGV.

Si Del Laser ay nakatuon sa TGV ng glas. Ang kanilang laser microvia equipment sa antas ng wafer ay maaaring suportahan ang iba't ibang uri ng glas, na may minimum na diameter na ≤5µm at aspect ratio na hanggang 1:100.

May-alam ang Innolas Laser sa mga produkto mula sa nanosecond hanggang femtosecond, mula sa infrared hanggang deep ultraviolet, na may higit sa 22,000 na mga laser na nabenta, at nagsagawa na ng unang order para sa kanilang ultrafast drilling equipment para sa PCB.

Ang glass laser drilling machine ng Lianying Laser ay may repeatability accuracy ng ±1µm, kayang mag-proseso ng glass na may kalayuan na 20mm, at ang glass TGV drilling equipment ay nasa fase ng pag-verify ng customer.

Ang Delong Laser ay nagsasagawa ng mga kagamitan sa detalyadong laser micro-processing at mga pangunahing laser, na may sariling pag-unlad ng picosecond at femtosecond solid-state laser na nakakapalibot sa mga aplikasyon tulad ng TGV, paghahati ng wafer, at pagproseso ng ceramic at glass.

Ang Hai Moxing ay nakabatay sa "laser + automation" bilang pangunahang pondo, at nagpapalawak sa mga proseso tulad ng laser etching at laser-induced, na kumakalat sa mga sektor tulad ng lithium-ion battery, photovoltaic, consumer electronics, at semiconductor.

Ang pagkakaroon ng kompetisyon ay hindi na lamang nakabatay sa mga parameter ng isang mag-isa nang device. Ang mga materyales ng advanced packaging ay kumplikado, at ang proseso ay may maliit na window, kaya mas kailangan ng mga downstream na kumpanya ng buong solusyon na kasama ang light source, motion control, process parameters, inspection, at automation. Ang pagkakataon para sa mga lokal na manufacturer ay nanggagaling din sa lokal na delivery at kakayahan sa engineering response.

Ang panganib ay nasa ritmo ng produksyon, hindi sa konsepto mismo

Ang lohika ng ultrafast laser ay malinaw: mas matigas ang materyal, mas maliit ang butas, at mas hindi tatanggapin ang thermal damage, mas halaga ang ultrafast laser.

Ngunit mayroon pa ring tatlong uri ng panganib sa pagpapalawig ng device.

Una, ang pag-unlad ng teknolohiya ng advanced packaging ay hindi nakakamit ang inaasahan. Kung ang mga ruta tulad ng CoPoS, CoWoP, at glass substrate ay magiging mas mabagal kaysa sa inaasahan, ang pangangailangan sa kaugnay na kagamitan ay maaaring maantala rin.

Pangalawa, ang pag-invest sa AI computing power ay hindi nakamit ang inaasahan. Ang pangunahing dahilan sa pag-upgrade ng packaging materials ay ang pangangailangan sa mga mataas-antas na AI chip; kung ang paggastos sa kapital sa ibabaw ay magiging mas mabagal, makaaapekto ito sa mga order ng equipment.

Ikatlo, ang panganib ng kalabanang pangkalakalan. Ang mga materyales at kagamitan sa advanced packaging ay nakadepende sa pandaigdigang supply chain, at ang mga pagbabawal sa kalakalan ay maaaring makaapekto sa pag-verify, pagpapadala, at bilis ng pagpapalawak ng produksyon ng mga kliyente.

Hindi lamang isang kuwento ng “laser equipment” para sa merkado, ang superfast laser ay isang masusing kutsilyo na kailangang idagdag sa proseso ng paggawa pagkatapos ng pagbabago sa materyales ng advanced packaging.