Kools phát triển công nghệ ghép nối siêu lớn, cong vênh thấp cho interposer đơn 4 GPU của Rubin Ultra

Kools (주식회사 쿨스), doanh nghiệp chuyên về công nghệ ghép nối bán dẫn, ngày 10/9 cho biết đã hoàn tất phát triển công nghệ ghép nối siêu lớn có độ cong vênh thấp nhằm hiện thực hóa interposer đơn tích hợp 4 GPU cho dòng Rubin Ultra của Nvidia.

Công nghệ này gắn nắp (lid) có độ cứng cao trước khi ghép nối để giữ cho đế bán dẫn siêu lớn nằm phẳng, đồng thời dùng bộ ly hợp nhiệt (thermal clutch) để chỉ gia nhiệt và làm nguội nhanh riêng phần mặt phân giới ghép nối. Kools cho biết nhờ công nghệ này, thời gian gia nhiệt và làm nguội của đế bán dẫn siêu lớn cỡ 180×70 mm giảm xuống dưới 10 giây, còn độ cong vênh sau khi ghép nối được kiểm soát ở mức dưới 0,1 mm.

Ý tưởng ban đầu của Rubin Ultra là cấu trúc tích hợp 4 GPU và 16 chip nhớ HBM4E trong một đế CoWoS-L siêu lớn duy nhất. Tuy nhiên, đã có nhiều thông tin cho biết đế 4 die bị thu hẹp về cấu trúc 2 die do các vấn đề trong triển khai sản xuất và sản lượng đạt chuẩn của đế bán dẫn. Trong ngành, một trong những nguyên nhân chính được chỉ ra là độ cong vênh phát sinh khi ghép interposer khổ lớn lên bản mạch nền ABF. Đế càng lớn thì chênh lệch giãn nở nhiệt giữa interposer và bản mạch nền càng tích tụ, khiến việc duy trì mặt ghép phẳng chỉ bằng phương pháp hàn lại trong lò (oven reflow) truyền thống trở nên khó khăn.

Giải pháp thứ nhất của Kools là nắp có độ cứng cao. Khác với cách làm hiện nay là gắn nắp sau khi ghép nối xong, công nghệ này gắn nắp độ cứng cao trước khi ghép, giữ toàn bộ đế ở trạng thái phẳng rồi ép ghép interposer với bản mạch nền, và duy trì lực ép cho đến khi mối hàn đông đặc hoàn toàn. Đây là cách giữ cho đế không thể biến dạng ngay từ đầu, thay vì hiệu chỉnh phần đã bị cong sau đó.

Tuy vậy, nắp độ cứng cao dày và có nhiệt dung lớn nên với thiết bị ghép nối bằng ép nhiệt (TCB) thông thường, riêng việc gia nhiệt và làm nguội đã mất hơn 1 phút. Đó là cấu trúc đánh đổi: kiểm soát được cong vênh nhưng năng suất sản xuất hàng loạt giảm. Công nghệ cốt lõi thứ hai, bộ ly hợp nhiệt, xử lý điểm nghẽn này. Khi gia nhiệt, thiết bị chặn đường truyền nhiệt để nhiệt từ đầu ghép không thoát sang phần làm mát, giúp mặt phân giới ghép nối tăng nhiệt nhanh; khi ghép xong, đường truyền nhiệt lập tức được chuyển sang phía làm mát để giải nhiệt cho nắp và mối ghép. Trong quá trình làm nguội, lực ép vẫn được duy trì để giữ đế nằm phẳng cho đến khi mối hàn đông đặc.

Kools cho rằng cấu trúc ghép nối CoWoS-L siêu lớn mà TSMC công bố gần đây có khả năng cao xâm phạm các bằng sáng chế do công ty nộp đơn trước đó. Theo đánh giá của Kools, các yếu tố cốt lõi và trình tự công đoạn — gắn nắp độ cứng cao trước khi ghép, giữ phẳng đế có diện tích lớn, duy trì lực ép cho đến khi mối hàn đông đặc — trùng lặp trực tiếp.

Ông Cho Jin-hyun, Giám đốc điều hành Kools, nói: “Việc kết hợp nắp độ cứng cao với TCB mà TSMC dường như đang áp dụng có cấu trúc cốt lõi trùng với hướng mà Kools đã phát triển trước và đăng ký bằng sáng chế”, đồng thời cho biết “Kools kết hợp thêm bộ ly hợp nhiệt để loại bỏ công đoạn hàn lại trong lò, giải quyết đồng thời vấn đề cong vênh và năng suất của đế bán dẫn siêu lớn”.

So sánh sự khác biệt giữa một interposer đơn 4 GPU và hai đế 2 GPU bằng hình ảnh chơi poker, ông Cho giải thích: “Interposer đơn 4 GPU là four of a kind, còn hai đế 2 GPU là two pair”, và “giống như bốn quân bài giống nhau vẫn cho giá trị bài khác nhau, dù số lượng GPU bằng nhau thì tùy mức độ tích hợp hệ thống mà hiệu năng ở đẳng cấp khác nhau”.

Kools dự kiến đề nghị TSMC xác nhận cấu thành công nghệ, thương lượng cấp phép và cùng đánh giá thiết bị ghép nối siêu lớn có độ cong vênh thấp. Bên cạnh đó, dựa trên danh mục 277 quyền sở hữu trí tuệ, công ty sẽ thúc đẩy thương mại hóa thiết bị ghép nối siêu lớn cỡ 180×70 mm và mở rộng đối tượng áp dụng sang các dòng đế bán dẫn AI thế hệ tiếp theo của Samsung Electronics, SK hynix và các doanh nghiệp OSAT toàn cầu.