Kools、Rubin Ultraの4GPU単一インターポーザー向け「超大型・低反り接合技術」を開発

半導体の接合技術企業Kools(쿨스)は9月10日、エンビディアのRubin Ultraで4GPUを単一インターポーザーに集積するための超大型・低反り接合技術の開発を完了したと発表した。

接合の前に高剛性リッドを結合して超大型パッケージを平坦な状態に拘束し、サーマルクラッチで接合界面だけを短時間で加熱・冷却する技術である。同社の説明によると、この技術で180×70mm級の超大型パッケージの加熱・冷却時間を10秒以内に短縮し、接合後の反り(ワーページ)を0.1mm以下に抑えた。

Rubin Ultraの当初の構想は、4個のGPUと16個のHBM4Eを一つの超大型CoWoS-Lパッケージに集積する構造だった。しかし製造の実行面とパッケージ歩留まりの問題から、4ダイのパッケージが2ダイ構造に縮小されたとの報道が相次いだ。業界では、大型インターポーザーをABF基板に接合する際に生じる反りが主要な原因の一つとして指摘されている。パッケージが大きくなるほどインターポーザーと基板の熱膨張差が積み上がり、従来のオーブンリフローだけでは平坦な接合面を保つことが難しくなる。

Koolsの一つ目の解決策は高剛性リッドである。接合を終えた後にリッドを取り付ける従来方式とは異なり、接合前に高剛性リッドを結合してパッケージ全体を平坦に拘束した状態でインターポーザーと基板を圧着接合し、はんだが完全に凝固するまで加圧を維持する。反ったパッケージを事後に矯正するのではなく、最初から反らせないよう押さえたまま接合する方式だ。

ただし高剛性リッドは厚く熱容量が大きいため、一般的なTCBでは加熱・冷却だけで1分以上を要する。反りを抑える代わりに量産時の生産性が落ちる構造である。二つ目の中核技術であるサーマルクラッチがこのボトルネックを解消する。加熱時にはボンドヘッドの熱が冷却部へ逃げないよう熱経路を遮断して接合界面を急速に昇温させ、接合が終わると直ちに熱経路を冷却側へ切り替えてリッドと接合部の熱を排出する。冷却中も加圧を維持し、はんだが凝固する区間までパッケージを平坦に押さえる。

Koolsは、TSMCが最近公開した超大型CoWoS-Lの接合構造が、自社の先行出願特許に抵触する可能性が高いとみている。接合前の高剛性リッドの結合、大面積パッケージの平坦拘束、はんだ凝固までの加圧維持という中核構造と工程順序が直接重なるという判断だ。

Koolsのチョ・ジンヒョン代表は「TSMCが適用したとみられる高剛性リッドとTCBの組み合わせは、Koolsが先行して開発し特許化した方向と中核構造が重なる」と述べ、「Koolsはこれにサーマルクラッチを組み合わせてオーブンリフローを取り除き、超大型パッケージの反りと生産性の問題を同時に解決した」と語った。

チョ代表は4GPUの単一インターポーザーと2GPUパッケージ2個の違いをポーカーに例え、「4GPUの単一インターポーザーはフォーカードで、2GPUパッケージ2個はツーペアだ」とし、「カードが4枚で同じでも手の価値が違うように、GPUの数が同じでもシステム統合の水準によって性能の次元が変わる」と説明した。

KoolsはTSMCに対し、技術構成の確認とライセンス協議、超大型・低反り接合装置の共同評価を提案する方針だ。あわせて277件のIPポートフォリオを基に180×70mm級の超大型・低反り接合装置の事業化を進め、適用先をサムスン電子とSKハイニックス、世界のOSAT(半導体の後工程受託企業)の次世代AIパッケージへ広げる計画である。