AI çip paketleme, silikon ve organik malzemelerden cam, seramik ve M8/M9 sınıfı PCB'lere doğru ilerliyor, ancak yeni malzemeler genellikle sert ve kırılgan olup işlenmesi zor.

Yazan: Huatai Securities raporu

Yapay zeka çipleri giderek büyüyor, paketleme malzemeleri ve işleme ekipmanları birlikte öne çıkıyor.

8 Haziran'da Huatai Securities Makine Ekipmanları ekibi, Yang Yunxiao ve diğerleri raporunda şunu yazdı: "AI hesaplama çipleri talebindeki hızlı artış ve mevcut paketleme malzemelerinin tedarik sıkıntısı, ileri paketleme malzemelerinin cam, seramik, M8/M9 sınıfı PCB gibi yeni malzemelere geçişini hızlandırmaktadır."

Bu ifadenin anahtarı ikinci yarısındadır: Cam, seramik ve M8/M9 sınıfı PCB'ler işlenmesi zordur. Geleneksel mekanik delme kenar kırılması ve çatlaklara neden olur; ıslak etkileşimli aşındırma verimliliği ve şekil kontrolü sınırlıdır; sıradan lazerler ise kolayca termal hasara yol açar. Süper hızlı lazerin değeri tam olarak burada ortaya çıkar.

Geleneksel mekanik delme, ıslak etme ve genel lazer işleme sonuç vermemektedir; ancak ultra hızlı lazer, soğuk işleme özelliğinden dolayı hassas işleme çözümüdür.

Bu kurumun hesaplama çerçevesi, cam ara katmanı, cam taşıyıcı, M9 malzemesi ve ışık modülü taşıyıcılarını potansiyel uygulamalar olarak dahil ederek, uzun vadeli pazar alanının 100 milyar yuanı aşacağını belirtiyor. Ancak bu alan doğrusal olarak gerçekleşmeyecek; CoPoS, CoWoP, cam tabaka ve M9 PCB yollarının seri üretim ritmine girebilmesine bağlı olacaktır.

AI çipleri ne kadar büyük olursa, paketleme malzemeleri o kadar erken sınırlara ulaşır.

İleri paketleme baskısı, önce çipin kendisinden geliyor.

NVIDIA ürünleri sürüm güncellemesiyle birlikte, paket içindeki çip sayısı ve HBM yapılandırması sürekli artmaktadır. Verilere göre, GP100'de 4 adet HBM, 16 GB kapasite ve 5 entegre çip bulunurken, GB100'de bu sayı 8 adet HBM, 192 GB kapasite ve 10 entegre çipe ulaşmıştır.

Çip büyüdükçe paketleme alanı da büyür, soğutma, eğilme ve sinyal iletimi daha zor hale gelir.

Mevcut ana akım CoWoS yolları S, R ve L olmak üzere üç kategoriye ayrılır. CoWoS-S, en iyi performansa sahiptir ancak en yüksek maliyetlidir ve paketleme boyutu sınırı yaklaşık 2700 mm²'dir; CoWoS-R daha düşük maliyetlidir ancak büyük boyutlu paketlemelerde burulma sorunu kontrol altına alınması zordur; CoWoS-L, maliyet ve performans arasında bir denge sağlar ancak boyut sınırı, soğutma kapasitesi ve güvenilirliği hala sınırlıdır.

Sonraki rota, CoPoS ve CoWoP'a odaklanacaktır.

CoPoS, "daireyi kareye dönüştürmek" anlamına gelir. Paketleme altlığını yuvarlak bir wafer'den kare bir paneye keserek alan kullanımını artırır ve silikon veya organik ara katman yerine cam kullanır.

CoWoP ise daha doğrudur: ABF alt tabanını atlayarak silikon ara katmanı doğrudan PCB'ye bağlar. Bu, bağlantı yolunu kısaltır ancak PCB'ye daha yüksek talepler getirir; daha küçük hat genişliği ve hat aralığı, boşluksuz doldurulmuş delikler, düşük termal genleşme malzemeleri gibi.

TrendForce ve China Television News'e göre, TSMC, Chiayi tesisinde CoPoS seri üretim hattı kurmayı planlıyor; deneme üretim hattı için cihaz teslimatı Şubat 2026'da başlayacak. 4 Haziran'da TSMC'nin hissedarlar genel kurulunda, başkan ve CEO魏哲家, CoPoS ve cam taşınır hattının zaten inşa edildiğini belirtti ve 2 ila 3 yıl içinde daha büyük ölçekli seri üretime geçileceğini tahmin etti. IT之家'ya göre, NVIDIA, Rubin Ultra üzerinde CoWoP seri üretimini hedefliyor.

Malzeme kıtlığı, sektörü ileriye itiyor.

CoWoS için yüksek performanslı ABF altlık, temel malzemeleri ABF filmi ve T-Glass özel düşük dielektrik cam kumaştan oluşmaktadır. T-Glass, neredeyse tamamen Japonya'daki Nittobo tarafından sağlanmaktadır ve şu anda üretim kapasitesi tamamen doludur.

Aynı zamanda, NVIDIA'nın bir sonraki Rubin üst düzey GPU'su, yüksek seviyeli ABF alt tabanla paketlenmeli ve önceden stoklanmalıdır; bu da tedarik sıkışıklığını daha da artırır.

Bu, cam tabanlı malzemelerin yeniden öne çıkarılmasının nedenlerinden biridir.

Cam, seramik ve M9 aynı katmanda değildir, basitçe birbirinin yerini alamaz.

Piyasa cam, seramik ve M9 malzemelerini birlikte karşılaştırmayı sever, ancak bunlar tamamen aynı düzeyde rekabet etmez.

Huatai Securities doğrudan yazıyor: "Cam tabanlı malzemeler, ana olarak ileri paketleme için arayüz levhaları ve alt tabakalar alanında kullanılır ve PCB uygulamalarındaki seramik malzemelerle/M9 gibi malzemelerle çakışmaz."

Geleneksel CoWoS yapısı yukarıdan aşağıya doğru çip, ara katman, taşıyıcı ve PCB katmanıdır. Cam çoğunlukla ara katman ve taşıyıcıda kullanılır. Seramik taban ve M9 malzemeleri daha çok PCB ilgili malzemelerde veya yüksek güç soğutma senaryolarında kullanılır.

Camın avantajları, boyut istikrarı, düz yüzey, yüksek frekans kayıplarının düşük olması ve TGV cam geçişleri yapılabilmesidir. Verilere göre, camın dielektrik sabiti 3,5 ile 10 arasında, CTE'si 2,7 ile 12,4 ppm arasında ayarlanabilir ve yüzey düzgünlüğü 4 nm'den küçük yapılabilir.

PCB'nin yükseltme yönü M8, M9 ve hatta M10.

Sayı ne kadar büyükse, sinyal kaybı o kadar düşük, hız o kadar hızlı ve stabilite o kadar yüksek olur. M8/M9 sınıfı PCB çekirdeği, daha düşük dielektrik sabiti (Dk), daha düşük dielektrik kayıp (Df), yüksek modüllü ve düşük genleşme cam elyaf sistemi ile aşırı düşük profil bakır foil'den oluşur.

M9'un zorluğu daha sert malzemelerden kaynaklanır. Güçlendirme malzemesi olarak kuvars kumaş Q-glass kullanılır. Yüksek saflıktaki kuvars cam ipliği Mohs sertlik skalasında 7'den yüksektir, geleneksel E-glass cam ipliğinin 5 ila 6 seviyesinden daha yüksektir.

Keramik, ısıl iletkenlik ve termal genleşme uyumuyla öne çıkar.

Veriler, ABF malzemenin ısıl iletkenlik katsayısının 0,8 ile 1,2 W/mK arasında olduğunu, seramik altlıkların ise 200 W/mK'ye kadar ulaşabileceğini göstermektedir. Alüminyum nitrürün ısıl iletkenlik katsayısı 170 ile 230 W/mK arasındadır; silikon nitrür 60 ile 90 W/mK, sinterlenmiş karbür silikon ise yaklaşık 100 ile 250 W/mK arasındadır.

Bu, neden üç farklı malzeme türünün aynı anda dikkat çektiğini açıklar: cam ara katman ve taşıyıcıları çözer, M8/M9 yüksek hızlı bağlantıları çözer, seramik yüksek güç tüketiminden kaynaklanan ısıyı dağıtır.

Neden "cerrahi bıçak": Süper hızlı lazer, termal hasarı en aza indirir

Ultra hızlı lazerin vurgusu, “daha yüksek güç” değil, “daha kısa süre”dir.

Huatai Securities, "aşırı hızlı lazerler, genellikle pikosaniye (10−12 s) ile femtosaniye (10−15 s) aralığında impuls süresine sahip lazerler olarak tanımlanır."

Kısa bir sürede enerji hızlıca gelir ve hızlıca kaybolur. Malzeme, ısıyı dağıtmadan önce soğutma tamamlanır. Bu mekanizma “soğuk ablatif” olarak adlandırılır.

Bu, geleneksel uzun darbe lazerlerden farklıdır.

Geleneksel lazerler malzemeyi daha çok “yakar”. Isı etkilenmiş bölge büyük olur ve kenar kırılması, mikro çatlaklar, erime ve karbonlaşma kolayca oluşur.

Süper hızlı lazerler malzeme üzerinde "soyulma" etkisi yaratır. Çok foton emilimi gibi doğrusal olmayan etkiler aracılığıyla doğrudan malzeme yüzeyinin elektron düzeyinde etki ederek ısı yayılmasını azaltır.

Raporun bu konudaki ifadesi şudur: “Süper hızlı lazer, geleneksel lazerin basit bir parametre yükseltmesi değil, işleme mekanizmasının temel bir değişimidir.”

Gerçek işleme sırasında bu fark, daha küçük bir ısı etkilenmiş bölge, duvar konisi ayarlanabilir ve daha esnek şekillerde işleme olmak üzere üç sonuca karşılık gelir.

Analistler, lazer delme işleminin mekanik delme ile zor olan her türlü şeklide mikro delik işleyebildiğini belirtti.

İhtiyacı en iyi yansıtan üç işlem: TGV, M9 mikrodelik, seramik aşındırma

İlk adım, cam taşıyıcı plaka TGV'dir.

Cam taşı işleme süreci altı adımdan oluşur: TGV lazer modifikasyonu, delik etching, AOI optik kontrol, tohum katmanı kaplama, elektrolitik doldurma, zımparalama.

Bu arada, "TGV lazer iyileştirme, ilk ve en kritik işlem adımıdır".

Neden basit: Cam, plastik deformasyon kapasitesine sahip değildir. Enerji aşırı veya eşitsizse, mikro çatlaklar, termal gerilme odaklanmaları veya iç defektler oluşması kolaydır. Delik çapı 30 mikrometrenin altına indiğinde, ısıl etki bölgesinin kontrolü daha sıkı hale gelir.

Ultra kısa darbe ultra hızlı lazerler, camın içine termal olmayan değişiklikler yaparak termal gerilme çatlamalarını ve kenar kırılmalarını azaltır.

İkinci, M9 sınıfı PCB mikro delik işlemedir.

M9, 1,6 Tbps ve üzeri yüksek hızlı veri iletim ortamları için tasarlanmıştır. Sinyal kaybını azaltmak için yüksek saflıktaki kuvars iplikler kullanılmıştır, ancak bu da işleme zorluğunu artırmıştır.

Veriler, geleneksel mekanik matkap ucu ömrünün geleneksel malzemeye göre beşte birine düştüğünü ve delik çapı doğruluğunun ve konum hassasiyetinin bozulduğunu göstermektedir.

CO₂ lazerin sorunu, aşırı ısı etkisi alanıdır ve bu da reçinenin karbonlaşmasına ve cam ipliklerin yırtılmasına neden olabilir. Nanosecond UV lazer, yüksek sertlikli kuvars cam ipliklerin kaldırılmasında verimliliği düşüktür ve delik duvar kalitesi de ideal değildir.

Ultra hızlı lazerin değeri, yüksek sertlikteki cam elyafı hassas bir şekilde kaldırırken, reçineleri karbonlaştırmadan ve bakır katmanlarını kısa devre etmeden sağlar.

Üçüncü adım, seramik tabanın ince işlenmesidir.

Alüminyum nitrür, silikon nitrür, silikon karbür gibi seramik malzemeler yüksek sertliğe ve güçlü ısıl iletkenliğe sahiptir. Verilere göre, bu tür malzemelerin Mohs sertliği 7 ile 9 arasında olabilir ve ısıl iletkenlik katsayısı 200 W/mK'nın üzerindedir.

Mekanik delme, matkap ucunun hızlı aşınmasına, delik duvarlarının pürüzlü olmasına ve kenar çatlamalarına neden olur. Normal lazer enerjisi hızlıca dağılır ve bunun yerine termal etki bölgesi ve mikro çatlaklar oluşturur.

Aşırı hızlı lazerler bu sorunu iyileştirebilir, ancak sınırları yok değildir.

Analistler, yüksek verimli işleme sırasında yüksek frekanslı darbelerin ısı birikimi etkisinin hala mikro çatlaklara neden olabileceğini ve tekrarlama frekansının ve enerji yoğunluğunun dengeli kontrol edilmesi gerektiğini hatırlattı. Endüstri, yüksek enerjili ultra hızlı lazer, mekanik ön delme ve ultra hızlı lazer ile düzeltme, manyetik alanla desteklenen lazer, düşük sıcaklıkla desteklenen lazer gibi bileşik çözümleri araştırmaya devam ediyor.

Kılgı milyarlık alan hangi varsayımlardan kaynaklanmaktadır?

Ultrafast laser cihazlarının pazar alanı, ana olarak dört tür potansiyel uygulamadan kaynaklanmaktadır: CoPoS cam arayüz, ABF cam taşınır, M9 malzemesi, optik modül taşınırı.

Hesaplamalara göre, cihaz birim fiyatı 6 milyon yuan olarak alınmıştır. Farklı nüfus oranlarında karşılık gelen mevcut pazar hacmi şöyledir:

• %10 nüfus oranı: yaklaşık 10,3 milyar yuan;
• %30 nüfus oranı: yaklaşık 31 milyar yuan;
• %50 nüfus oranı: yaklaşık 51,6 milyar yuan;
• %80 nüfus oranı: yaklaşık 82,6 milyar yuan;
• %100 nüfus oranı: yaklaşık 103,3 milyar yuan.

Bu süreçte M9 malzemesi en büyük katkıyı sağlıyor. %100 nüfus oranına göre, M9 malzemesi 11.574 cihaz talebini; ABF cam altlık 3.704 cihaz; CoPoS cam ara yüz 1.757 cihaz; ışık modülü tipi altlık 174 cihaz karşılıyor.

Bu hesaplama, iki gizli varsayım içerir.

Birinci olarak, ileri paketleme gerçekten CoWoS'tan CoPoS ve CoWoP'e doğru genişliyor. TSMC, CoPoS için seri üretim hattı planlamış ve CoPoS ile cam altlık prototip üretim hattını kurmuştur; 2-3 yıl içinde daha büyük ölçekli seri üretime geçilmesi beklenmektedir.

İkinci olarak, cam tabanlı, M9 PCB, seramik gibi malzemeler laboratuvar yolu değil, ölçekli üretime girebilen yollardır. Cihaz siparişleri teknik hikayelerden değil, büyük ölçekli üretim hatlarından gelir.

LPKF üst segmenti koruyor, yerel üreticiler tam çözüm takip ediyor

Küresel ultra hızlı lazer ekipmanları pazarında, şu anda yurt dışı liderler üst düzey pazarda öncülük ediyor, yerel üreticiler ise hızla bu geriliği kapatıyor.

LPKF'nin LIDE lazer ile derin aşındırma sürecindeki avantajı, kırılmadan, yüksek derinlik-genişlik oranında ve düşük termal hasarla cam altstrüktürlerinin işlenmesidir. Vitrion S 5000, ince cam mikro işlenmesi ve TGV geçişleri için tasarlanmıştır ve en yüksek genişlik-derinlik oranı 1:50'ye ulaşabilir.

Yerel üreticilerin yolu daha da dağılmış ve alt süreç doğrulamasına daha yakındır.

Big Group CNC, PCB专用设备 üreticisi olarak, aşırı hızlı lazer delme cihazlarını piyasaya sürdü. Cam lazer delme makinesinin geçiş delik çapı en az 10 µm ve ana malzemelerde derinlik-çap oranı 50:1'e ulaşabiliyor.

Han's Laser, pikosaniye ultraviyole ve pikosaniye kızılötesi ışık kaynakları teknolojilerine sahiptir ve cam, safir, seramik gibi kırılgan malzemelerin mikro işlenmesini kapsayan ürünler sunar; aynı zamanda mSAP, TGV gibi yüksek teknolojili süreçlere de uyumludur.

Dier Laser, cam TGV'ye odaklanır. Wafer seviyesindeki TGV lazer mikro delme cihazları, farklı cam malzemelerini destekler ve en küçük delik çapı ≤5µm, çap/derinlik oranı 1:100'a ulaşır.

Inno Laser, nanosaniyeden femtosaniyeye, kızılötesinden derin moröteye kadar bir ürün portföyüne sahiptir ve laser cihazlarının satış sayısı 22.000 adedi aşmıştır; PCB için ultra hızlı delme ekipmanı ilk siparişini gerçekleştirmiştir.

Lianying Laser'in cam lazer delme makinesinin tekrarlanabilir konumlama hassasiyeti ±1 µm'dir ve 20 mm kalınlığında cam işlenebilir; cam TGV delme cihazı müşteri onayı aşamasındadır.

Delong Laser, ince lazer mikro işleme ekipmanları ve kendi geliştirdiği pikosaniye ve femtosaniye katı lazerler üretir; TGV, wafer kesimi, seramik ve cam işleme gibi senaryoları kapsar.

Haimu Xing, "lazer + otomasyon" temelini alarak lazer aşındırma, lazer endüklenme gibi süreçleri geliştiriyor ve lityum-iyon pil, güneş enerjisi, tüketim elektroniği, yarı iletken alanlarını kapsıyor.

Rekabetin odak noktası artık yalnızca tek bir cihazın parametreleri değil. İleri paketleme malzemeleri karmaşık, üretim penceresi dar ve alt zincir, ışık kaynağı, hareket kontrolü, proses parametreleri, denetim ve otomasyonun tam bir çözümüne daha çok ihtiyaç duyuyor. Yerel üreticilerin fırsatı, yerel teslimat ve mühendislik tepki kapasitesinden geliyor.

Risk, kavramda değil, üretim hızındadır.

Süper hızlı lazerin mantığı açık: Malzeme ne kadar daha sert, delik ne kadar daha küçük ve termal hasar ne kadar daha kabul edilemezse, süper hızlı lazer o kadar değerli olur.

Ancak cihazın hacim artışı hâlâ üç tür risk taşımaktadır.

Birincisi, ileri paketleme teknolojisinin gelişimi beklentilerin altında kaldı. CoPoS, CoWoP, cam tabaka gibi yollar beklentilerden daha yavaş ilerlerse, ilgili ekipman talepleri de ertelenecektir.

İkinci olarak, AI hesaplama gücü yatırımı beklentilerin altında kaldı. Ambalaj malzemelerinin yükseltmesinin temel tetikleyicisi, yüksek performanslı AI çip talebidir; eğer alt seviyede sermaye harcamaları yavaşlarsa, cihaz siparişleri etkilenecektir.

Üçüncü olarak, uluslararası ticaret çatışması riski. İleri paketleme malzemeleri ve ekipmanları küresel tedarik zincirine bağımlıdır; ticaret kısıtlamaları, doğrulama, teslimat ve müşteri genişleme hızını etkileyebilir.

Piyasa için ultra hızlı lazer, sadece bir “lazer cihazı” hikayesi değil, ileri paketleme malzemelerine geçişten sonra üretim aşamasında eksik olan bir hassas bıçaktır.