Упаковка чіпів ШІ переходить від кремнію та органічних матеріалів до скла, кераміки та PCB рівня M8/M9, але нові матеріали зазвичай тверді й крихкі, що ускладнює їх обробку.

Автор статті, джерело: звіт Huatai Securities

Нанотехнології для чіпів штучного інтелекту стають все більшими, і матеріали для упаковки та обладнання для обробки одночасно потрапляють у центр уваги.

8 червня команда обладнання Huatai Securities у підсумковому звіті Пан Юньсяо та інших написала: «Швидкий ріст попиту на чіпи для AI-обчислень та дефіцит постачання традиційних матеріалів для упаковки прискорюють перехід на нові матеріали для передових упаковок, такі як скло, кераміка, PCB рівня M8/M9».

Ключовим є друга частина речення: скло, кераміка та PCB класів M8/M9 важко обробляти. Традиційне механічне свердління призводить до розколів і тріщин; мокре етювання має обмежену ефективність і контроль над формою; звичайний лазер легко викликає теплове пошкодження. Саме тут полягає цінність ультракоротких лазерів.

Традиційні механічне свердління, мокре етювання та звичайна лазерна обробка дають поганий результат, тоді як ультракороткі лазери завдяки холодній обробці є рішенням для прецизійної обробки.

Розрахункова рамка цієї установи включає скляний проміжний шар, скляну підкладку, матеріал M9 та підкладки для оптичних модулів як потенційні застосування, оцінюючи майбутній ринковий потенціал на понад 100 мільярдів юанів. Однак цей потенціал не реалізується лінійно — він залежить від того, чи зможуть технології CoPoS, CoWoP, скляні підкладки та M9 PCB вийти на рівень масового виробництва.

Чим більший AI-чіп, тим швидше матеріали для упаковки досягають обмежень

Тиск на передові упаковки спочатку походить від самих чіпів.

Під час ітерацій продуктів NVIDIA кількість чіпів у пакеті та конфігурація HBM постійно зростають. Дані показують, що GP100 має 4 чіпи HBM, ємність 16 ГБ та 5 інтегрованих чіпів; GB100 вже має 8 чіпів HBM, ємність 192 ГБ та 10 інтегрованих чіпів.

Збільшення чіпа та площі упаковки ускладнює відведення тепла, деформацію та передачу сигналів.

Існуючі основні маршрути CoWoS поділяються на три категорії: S, R, L. CoWoS-S має найкращу продуктивність, але найвищу вартість; максимальний розмір упаковки становить приблизно 2700 квадратних міліметрів. CoWoS-R має нижчу вартість, але важко контролювати деформацію при великих розмірах упаковки. CoWoS-L є компромісом між вартістю та продуктивністю, але його максимальний розмір, здатність до відведення тепла та надійність все ще обмежені.

Наступний маршрут залежить від CoPoS і CoWoP.

CoPoS — це «квадратизація кола». Він перетворює упаковочні носії з круглих ватерних дисків на квадратні панелі, щоб підвищити ефективність використання площі, а також замінює кремній або органічний інтерпозит склом.

CoWoP є більш прямолінійним: він виключає підкладку ABF і безпосередньо приєднує кремнієвий інтерпозит до друкованої плати. Це скорочує шляхи з’єднання, але вимагає від друкованої плати більших вимог, таких як менша ширина та відстань між провідниками, заповнення отворів без порожнин, матеріали з низьким коефіцієнтом теплового розширення тощо.

За даними TrendForce та China Television News, TSMC планує запустити виробничу лінію CoPoS на своєму заводі в Цзяї. Лінія для випробувань почне отримувати обладнання у лютому 2026 року; на звичайній загальній зустрічі акціонерів TSMC 4 червня голова та генеральний директор Вей Чжеджа згадав, що наразі вже побудовано лінії для випробувань CoPoS і скляних підложок, і передбачається, що масове виробництво у більшому масштабі розпочнеться через 2–3 роки. За інформацією IT Home, NVIDIA має намір досягти масового виробництва CoWoP на Rubіn Ultra.

Нестача матеріалів також спонукає галузь рухатися вперед.

Високопродуктивні ABF-підкладки для CoWoS, основні матеріали яких — плівка ABF та спеціальна скляна тканина T-Glass з низькою діелектричною проникністю. T-Glass майже повністю постачається японською компанією Nittobo, і поточна виробнича потужність повністю завантажена.

Одночасно наступне покоління високопродуктивних GPU Rubin від NVIDIA вимагає використання висококласних ABF-підкладок для упаковки, а також передчасного формування запасів, що ще більше поглиблює дефіцит поставок.

Ось одна з причин, чому скляні матеріали знову потрапили у центр уваги.

Скло, кераміка, M9 — це не однакові матеріали, їх не можна просто замінювати один на одного

Ринок легко порівнює скло, кераміку та матеріали M9, але вони не знаходяться на одному рівні конкуренції.

Хуатайсекурітіс написав дуже прямо: «Скляна підкладка використовується переважно в якості проміжного шару та підставки для передових упаковок і не суперечить керамічним матеріалам, таким як M9, що застосовуються в PCB».

Традиційна структура CoWoS згори вниз: чіп, інтерпозит, субстрат, шар PCB. Скло в основному використовується для інтерпозитів і субстратів. Керамічні основи та матеріали M9 більше застосовуються у зв’язку з матеріалами PCB або сценаріями високої потужності для відведення тепла.

Переваги скла полягають у стабільність розмірів, рівній поверхні, низьких втратах на високих частотах та можливості виготовлення TGV-скляних черезстінних отворів. Дані показують, що діелектрична проникність скла становить 3,5–10, КТР — від 2,7 до 12,4 ppm з можливістю регулювання, а рівність поверхні може досягати менше 4 нм.

Напрямки оновлення PCB — M8, M9 та навіть M10.

Чим більше число, тим нижчий втрати сигналу, вища швидкість і більша стабільність. Ядро PCB класу M8/M9 — це нижчий діелектрична стала Dk, нижчий діелектричний розсіювальний коефіцієнт Df, а також система склопластику з високим модулем і низьким коефіцієнтом розширення та мідна фольга з наднизьким профілем.

Складність M9 полягає в тому, що матеріал твердіший. Він використовує кварцову тканину Q-glass як підсилювальний матеріал. Високочиста кварцова склопластикова волокна мають твердість за шкалою Мооса понад 7, що вище за 5–6 балів традиційних E-glass волокон.

Кераміка зосереджена на тепло відведенні та збігу коефіцієнта теплового розширення.

Дані показують, що коефіцієнт теплопровідності матеріалу ABF становить 0,8–1,2 Вт/м·К, тоді як керамічні підкладки можуть досягати 200 Вт/м·К. Коефіцієнт теплопровідності нітриду алюмінію — 170–230 Вт/м·К, нітриду кремнію — 60–90 Вт/м·К, а спеченого карбіду кремнію — приблизно 100–250 Вт/м·К.

Це пояснює, чому три типи матеріалів можуть одночасно привернути увагу: скло вирішує проблеми інтерпозитів і субстратів, M8/M9 — високоскоростні з’єднання, а кераміка — відведення тепла від високопотужних компонентів.

Чому «хірургічний ніж»: надшвидкий лазер мінімізує теплове пошкодження

Суть надшвидких лазерів — не у «більшій потужності», а у «коротшому часі».

Хуатайсекунд визначає: «надшвидкі лазери зазвичай позначають лазери з тривалістю імпульсу на рівні пікосекунд (10−12 с) до фемтосекунд (10−15 с)».

За такий короткий час енергія приходить швидко і так само швидко зникає. Матеріал не встигає розсіяти тепло, а видалення вже завершено. Цей механізм називається «холодним абляційним».

Це відрізняється від традиційних довгих лазерних імпульсів.

Традиційні лазери більше схожі на «згоряння» матеріалу. Велика зона теплового впливу, що призводить до розщеплення, мікротріщин, плавлення та карбонізації.

Надшвидкі лазери більше схожі на «відшарування» матеріалу. Вони діють безпосередньо на електронному рівні поверхні матеріалу за допомогою нелінійних ефектів, таких як багатофотонне поглинання, зменшуючи теплове розсіювання.

Звіт стверджує: «Супершвидкі лазери — це не просто параметричне оновлення традиційних лазерів, а фундаментальна зміна механізму обробки».

У реальній обробці ця різниця відповідає трьом результатам: менша зона тепловпливу, регульований конусність отвору та більш гнучка форма обробки.

Аналітики зазначили, що лазерне свердління дозволяє обробляти мікропори будь-якої форми, що важко зробити механічним свердлінням.

Три процеси найкраще відображають попит: TGV, мікропористий M9, керамічне етювання

Перша — скляна підкладка TGV.

Ключові етапи виробництва скляних підложок включають шість кроків: лазерна модифікація TGV, етчинг отворів, оптичний контроль AOI, нанесення посівного шару, електролітичне заповнення отворів, полірування.

При цьому «лазерна модифікація TGV — це перший і найважливіший етап».

Причина проста: скло не має здатності до пластичної деформації. Надмірна або нерівномірна енергія легко призводить до мікротріщин, концентрації теплових напружень або внутрішніх дефектів. Коли діаметр отвору менший за 30 мікрометрів, контроль над зоною теплового впливу стає ще строгішим.

Суперкороткі імпульси надшвидких лазерів можуть забезпечити нетеплове модифікування всередині скла, зменшуючи проблеми термічних напружень і тріщин.

Другий етап — обробка мікрозотворів на PCB рівня M9.

M9 призначений для середовищ зі швидкістю передачі понад 1,6 Тбіт/с. Щоб зменшити втрати сигналу, він використовує кварцове скловоолокно високої чистоти, але це також збільшує складність обробки.

Дані показують, що термін служби традиційних механічних свердел знижується до 1/5 від традиційних матеріалів, а також погіршується точність діаметра отворів та їх розташування.

Проблема з CO₂-лазером полягає у надто великій зоні теплового впливу, що може призвести до вуглецького розкладання смоли та розриву скловолокна. Наносекундний UV-лазер має низьку ефективність видалення високотвердого кварцового скловолокна, а якість стінок отворів також не є ідеальною.

Цінність надшвидких лазерів полягає в тому, що вони можуть точно видаляти високотверду скловолоконну основу, не вуглецюючи смолу та не спричиняючи короткого замикання мідних шарів.

Третій етап — точна обробка керамічних підложок.

Керамічні матеріали, такі як нітрид алюмінію, нітрид кремнію та карбід кремнію, мають високу твердість і високу теплопровідність. Дані показують, що твердість за шкалою Мооса таких матеріалів може досягати 7–9, а коефіцієнт теплопровідності — понад 200 Вт/м·К.

Механічне свердління призводить до швидкого зношування свердла, шорсткості стінок отворів та серйозного розколювання країв. Енергія звичайного лазера швидко розсіюється, утворюючи тепловий впливовий зону та мікротріщини.

Надшвидкі лазери можуть покращити цю проблему, але вони також мають свої межі.

Аналітики також наголошують, що при високопродуктивній обробці теплова накопичувальна ефект від високочастотних імпульсів все ще може викликати мікротріщини, тому необхідно раціонально керувати частотою повторень та густиной енергії. Галузь продовжує досліджувати комплексні рішення, такі як високоенергетичні надшвидкісні лазери, механічне передпросвердлення з подальшою обробкою надшвидкісним лазером, лазерна обробка з магнітним полем та кріогенна лазерна обробка.

З яких припущень походить ринок у розмірі 100 мільярдів?

Ринковий потенціал обладнання для надшвидких лазерів в основному походить із чотирьох категорій потенційних застосувань: скляний інтерпозит CoPoS, скляна підкладка ABF, матеріал M9, підкладки для оптичних модулів.

У розрахунках ціна за одиницю обладнання встановлена на рівні 6 мільйонів юанів. При різних рівнях проникнення відповідні розміри ринку наявних пристроїв становлять:

• 10% рівень проникнення: приблизно 10,3 млрд юанів;
• 30% рівень проникнення: приблизно 31 млрд юанів;
• 50% рівень проникнення: приблизно 51,6 млрд юанів;
• 80% рівень проникнення: приблизно 82,6 млрд юанів;
• 100% рівень проникнення: приблизно 103,3 млрд юанів.

У цьому випадку матеріал M9 вносить найбільший внесок. За припущенням 100% рівня проникнення, матеріал M9 відповідає потребі у 11574 пристроях; скляні підкладки ABF — 3704 пристроях; скляні інтерпозиції CoPoS — 1757 пристроях; підкладки для оптичних модулів — 174 пристроях.

Цей розрахунок має два приховані передумови.

По-перше, передові упаковки справді розширюються від CoWoS до CoPoS та CoWoP. TSMC вже запланувала лінії масового виробництва CoPoS і вже побудувала дослідні лінії CoPoS із скляними підкладками, очікується, що через 2–3 роки розпочнеться масове виробництво у більшому масштабі.

Друге, такі матеріали, як скляна підложка, M9 PCB, кераміка, не є лабораторними рішеннями, а можуть бути впроваджені у масове виробництво. Замовлення обладнання походять з ліній масового виробництва, а не з технічних історій.

LPKF зберігає преміум-сегмент, а вітчизняні виробники прагнуть до повних рішень

Глобальна структура ринку надшвидких лазерних обладнань: зараз зарубіжні лідери займають провідні позиції на сегменті висококласних продуктів, а внутрішні виробники прискорюють своє відновлення.

Переваги німецької компанії LPKF полягають у лазерній технології LIDE (лазерно-індукованого глибокого етчингу). Ця технологія застосовується для обробки скляних підкладок і дозволяє досягти обробки без тріщин, з високим співвідношенням глибини до ширини та мінімальним тепловим ушкодженням. Їхній пристрій Vitrion S 5000 призначений для мікроп加工 тонкого скла та TGV-отворів, досягаючи максимального співвідношення ширини до глибини 1:50.

Шляхи внутрішніх виробників більш розподілені і ближчі до верифікації нижчих технологічних процесів.

Hansheng CNC, орієнтована на обладнання для PCB, вже запустила у виробництво лазерні свердлильні верстати. Мінімальний діаметр отворів у склі на лазерному свердлильному верстаті становить 10 мкм, а співвідношення глибини до діаметру для основних матеріалів може досягати 50:1.

Hans Laser має технології джерел світла пікосекундного ультрафіолетового та інфрачервоного діапазонів; їхні продукти охоплюють мікропроточування крихких матеріалів, таких як скло, сапфір та кераміка, і сумісні з високотехнологічними процесами, такими як mSAP і TGV.

Дірлазер фокусується на TGV скла. Їхнє лазерне обладнання для мікропор у рівні вейфера підтримує різні типи скла, мінімальний діаметр отвору ≤5 мкм, відношення діаметра до глибини досягає 1:100.

Inno Laser має продуктову лінійку від наносекунд до фемтосекунд, від інфрачервоного до глибокого ультрафіолетового діапазонів; продажі лазерів перевищили 22 000 одиниць, а обладнання для надшвидкого свердління PCB отримало перший замовлення.

Повторювана точність позиціонування лазерного верстата для свердління скла від Lianying Laser становить ±1 мкм, може обробляти скло товщиною до 20 мм, обладнання для свердління TGV знаходиться на етапі перевірки клієнтами.

Делон Лазер спеціалізується на високоточному лазерному мікрообробленні та ядерних лазерах, власноруч розробляючи пікосекундні та фемтосекундні твердотільні лазери, що охоплюють сценарії TGV, різання валиків, обробку кераміки та скла.

Хаймосін зосереджується на технологіях «лазер + автоматизація», розгортаючи процеси лазерного етчингу та лазерної індукції, охоплюючи сфери літій-іонних батарей, фотогальваніки, споживчої електроніки та напівпровідників.

Конкуренція більше не зводиться лише до параметрів окремого обладнання. Матеріали для передових упаковок є складними, вік процесу вузьким, а нижні ланки ланцюга потребують повного рішення — джерела світла, систем керування рухом, параметрів технологічного процесу, контролю та автоматизації. Можливості для українських виробників також походять із здатності до локалізованої поставки та швидкої інженерної підтримки.

Ризик у темпах масового виробництва, а не у самій концепції

Логіка ультракоротких лазерів очевидна: чим твердіший матеріал, чим менший отвір і чим менше допустимо теплової пошкодження, тим більш цінним стає ультракороткий лазер.

Але збільшення обсягу пристрою все ще має три види ризиків.

По-перше, розвиток технологій передових упаковок відстає від очікувань. Якщо розробка напрямків, таких як CoPoS, CoWoP та скляні підкладки, йде повільніше, ніж передбачалося, то попит на відповідне обладнання також зсунеться.

Друге, інвестиції в AI-обчислювальну потужність не відповідають очікуванням. Основним драйвером оновлення упаковочних матеріалів є попит на висококласні AI-чіпи; якщо капітальні витрати на нижньому рівні сповільнюються, замовлення на обладнання постраждають.

Третє: ризики торгівельних суперечок. Матеріали та обладнання для передових упаковок залежать від глобальних ланцюгів поставок, і торгові обмеження можуть вплинути на процеси перевірки, доставки та темпи розширення виробництва клієнтами.

Для ринку надшвидкі лазери — це не просто історія про «лазерне обладнання», а точний інструмент, який необхідно додати до виробничого процесу після переходу на нові матеріали для передових упаковок.