Die Silizium-Nachfolge Halbleiter aus Glas

Glasmaterialien bilden die Grundlage für IC-Substrate der nächsten KI- und HPC-Generation. Dazu haben sich Chris Tipp, derzeit Vizepräsident für Vertrieb und Marketing beim Hersteller Absolics, der auf eine drei Jahrzehnte in der Halbleiter-Backend-Materialbranche zurückblicken kann, und Bilal Hachemi, Technology & Market Analyst bei der Yole-Gruppe, ausgetauscht*.

Die steigende Nachfrage nach HPC- und KI-Produkten hat die Komplexität der Anforderungen an die Hersteller von Substraten für Integrated Circuits, integrierte Schaltkreise, erhöht und die Grenzen der organischen IC-Substrate verschoben. Es geht um den Entwicklungszyklus für IC-Substrate der nächsten Generation in Bezug auf feinere Linien, größere Formfaktoren, Wärme-Management, Zuverlässigkeitsherausforderungen und Kosten, um die Ziele der Branche in Bezug auf Rechenleistung, Zuverlässigkeit, Stromverbrauch und Kosten zu erreichen.

Nach Evaluationen der Yole Group ist die Technologie der Glaskernsubstrate ist auf dem Vormarsch und ermöglicht Technologien und Produkte der nächsten Generation in zwei wichtigen Halbleiterindustrien: Advanced Packaging und IC-Substrate. Beide Branchen werden mit der zunehmenden Einführung von KI- und HPC-Produkten einen Aufschwung erleben.

Im Jahr 2023 hat der Gesamtmarkt für Advanced Packaging 37,8 Milliarden Dollar erreicht, der Markt für Advanced IC-Substrate 15,14 Milliarden Dollar, wie der Bericht der Yole Group über Halbleiter „Status of the Advanced IC Substrate Industry“ zeigt. Darüber hinaus erwarten die Analysten, dass die zweite Hälfte des laufenden Jahrzehnts für beide miteinander verbundenen Branchen beeindruckend sein wird. Und auch hier gilt: Eines der entscheidenden Bindeglieder werden Glaskernsubstrate sein, zunächst für die HPC- und KI-Märkte, aber dann gefolgt von den anderen Endmärkten.

Traditionelle organische Substrate und Silizium-Interposer waren die Hauptstützen der Branche. Aber diese hat zunehmend Schwierigkeiten, die Anforderungen der Produkte der nächsten Generation zu erfüllen. Mit der Ankündigung der Einführung von Glaskernsubstraten hat Intel diese als eine der Technologien hervorgehoben, die in der Lage sind, die Wettbewerbslandschaft der Halbleitergehäusebranche zu verändern.

Hochleistungschips für Rechenzentren

Wo Silizium und Quanten die Grenzen verschieben

„Giganten des Advanced Packaging wie TSMC, Samsung und Intel sind führend bei fortschrittlichen Packaging-Technologien und bieten Lösungen wie CoWoS, I-Cube und EMIB an“, so Hachemi. „Diese Technologien sind zwar effektiv, stoßen aber aus Sicht der Substrate an ihre Leistungsgrenzen. Dies hat zu einer Anpassung des Geschäftsmodells geführt und die Tür für neue Marktteilnehmer geöffnet, insbesondere bei den Substraten.“

Absolics, eine 2022 gegründete Tochtergesellschaft von SK Group, einer der fünf größten Mischkonzerne in Südkorea, hat sich schnell zu einem führenden Anbieter von Glaskernsubstraten entwickelt und verfügt damit jetzt über das erste Mainstream-Produkt in diesem Bereich. Dies positioniert Absolics als Schlüsselakteur bei der Erfüllung der steigenden Anforderungen von KI- und HPC-Anwendungen. Die Führungsrolle des Unternehmens wird durch seine Rolle im ersten Chips-Act-Projekt in den USA zur Unterstützung der Halbleiterlieferkette mit dieser neuen Technologie noch unterstrichen.

Bilal Hachemi: Bitte stellen Sie unseren Lesern Ihr Unternehmen vor?

Chris Tipp: Absolics hat sich auf die Herstellung von Glassubstraten spezialisiert. Im Zeitalter der Künstlichen Intelligenz (KI) steigt die Nachfrage nach Hochleistungsrechnern (HPC), die große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten können. Traditionell wurde die Leistung von Halbleitern durch die Miniaturisierung von Front-End-Prozessen verbessert. Dieser Ansatz stößt jedoch in letzter Zeit an erhebliche Grenzen, was die zunehmende Bedeutung des Back-End-Packaging deutlich macht. In diesem Zusammenhang werden die von Absolics hergestellten Glassubstrate als bahnbrechende Neuerungen angesehen, die den Markt durch die Maximierung der Halbleiterleistung revolutionieren werden.

Absolics wird aus mehreren Gründen oft mit dem Begriff 'Nr. 1' in Verbindung gebracht. Wir sind weltweit die ersten, die Glassubstrate für fortschrittliches Halbleiter-Packaging auf den Markt bringen. Darüber hinaus leiten wir das erste Projekt, das durch den U.S. Chips Act finanziert wird, der darauf abzielt, die Halbleiterlieferkette durch die Herstellung dieses neuen, fortschrittlichen Materials zu unterstützen. Darüber hinaus war unsere Muttergesellschaft SKC das erste koreanische Unternehmen, das vor fast 30 Jahren in Georgia investierte und dort eine Produktionsstätte errichtete.

Bilal Hachemi: Können Sie uns auch die Geschichte hinter der Entstehung des Unternehmens erzählen?

Chris Tipp: SKC begann 2018 ernsthaft mit der Entwicklung von Glassubstraten. Auf der Grundlage des technischen Vertrauens in den Kommerzialisierungsprozess gründete SKC im Jahr 2022 Absolics. Im selben Jahr erfolgte der erste Spatenstich für unser Werk in Covington, Georgia. Im Jahr 2024 ist der Bau der Anlage abgeschlossen, und wir sind derzeit dabei, Muster zu entwickeln.

Bilal Hachemi: Worin besteht der Mehrwert des Glaskernsubstrats von Absolics?

Chris Tipp: Die zugrunde liegende Technologie ersetzt organische Kernsubstrate durch Glas. Dank seiner glatten Oberfläche kann ein Glassubstrat größere Flächen aufnehmen und mehr Chips halten, was feine Routing-Arbeiten ermöglicht und die Chip-zu-Chip-Verbindungen verbessert: Das führt zu einer höheren Leistung.

Da kein Zwischensubstrat benötigt wird, ist es außerdem dünner und Energie-effizienter. Durch die Einbettung der MLCC (Multilayer Ceramic Chip Capacitor) in das Substrat wird zudem Platz für mehr CPUs, GPUs und Speicher freigemacht, was die Leistung der Chipsätze erheblich steigert.

Also: Glassubstrate verbessern die Leistung aus verschiedenen Gründen:

- ihre überlegene Wärmeleitfähigkeit, die die Wärmeableitung verbessert und möglicherweise die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht und gleichzeitig den Stromverbrauch senkt;

- ein kleinerer Formfaktor, da sie dünner und leichter sein können als organische Alternativen, was kompaktere elektronische Designs ermöglicht;

- und eine höhere Zuverlässigkeit, da Glas im Allgemeinen stabiler und haltbarer ist als organische Materialien, was möglicherweise zu langlebigeren und zuverlässigeren elektronischen Komponenten führt.

In einer Ära, in der Hochleistungscomputer und künstliche Intelligenz unverzichtbar sind, werden Glassubstrate den Wandel im Bereich des Advanced Packaging einleiten.

Bilal Hachemi: Welche Endmärkte könnte Ihre Technik ansprechen?

Chris Tipp: Basierend auf dem Wert, den Glassubstrate dem Markt bringen, werden die primären Endmärkte KI-Server, Rechenzentren, virtuelle Realität, Kommunikation und autonome Fahrzeuge adressieren, wo High-Performance-Computing (HPC)-Packaging unerlässlich ist.

Bilal Hachemi: Auf welche Anwendungen zielt Absolics ab?

Chris Tipp: Aufgrund der gebotenen Vorteile werden die ersten Zielmärkte Geräte mit größerem Formfaktor sein, wie KI- und Hochleistungs-Computing-Paketierungen.

Bilal Hachemi: Wie sehen Sie die Ankunft von Glas in der Landschaft der IC-Substrate? Kommt das Meterial zu spät oder pünktlich?

Chris Tipp: Ich würde sagen, dass es spät auf den Markt kommt. Aber niemand hat mit der explosionsartigen Nachfrage im KI-Bereich gerechnet. Der Stromverbrauch dieser Chips ist ein echtes Problem, das angegangen werden muss, und Glassubstrat ist eine der potenziellen Lösungen, um dieses Problem zu lösen.

Bilal Hachemi: Ich gratuliere Ihnen zum Erhalt von Fördermitteln aus dem Chips Act. Wie wird diese Finanzierung die Entwicklung von Absolics unterstützen?

Chris Tipp: Diese Mittel werden den Bau der Produktionsstätte von Absolics in Covington, Georgia, und die Vermarktung des Halbleitermaterials unterstützen. Dies ist die erste vorgeschlagene Chips-Investition (Cips-Act) in eine kommerzielle Einrichtung für Halbleitermaterialien und Fertigungsanlagen.

Bilal Hachemi: Der Standort von Absolics ist für das US-amerikanische Ökosystem von strategischer Bedeutung. Beabsichtigt Absolics, mit lokalen Akteuren oder weltweit zusammenzuarbeiten?

Chris Tipp: Absolics hat sich zum Ziel gesetzt, ein neuartiges Ökosystem für fortschrittliches Packaging aufzubauen, das in den Vereinigten Staaten beginnt. Wir sind also fest entschlossen, dieses Ökosystem in den USA zu unterstützen und zu festigen.

Obwohl das Ökosystem in den USA wächst, kann dieser Prozess nicht über Nacht geschehen. Unserer Ansicht nach werden unsere Kunden, sobald sie sich gefestigt haben, nicht nur auf den US-Markt abzielen, sondern auch auf den Weltmarkt expandieren und dabei das robuste US-Ökosystem nutzen. Dies ist ein globales Geschäft, das immer eine globale Perspektive erfordern wird. [...]

Bilal Hachemi: Welches sind die vielversprechendsten Anwendungen, die Glass Core Substrate angehen muss, um signifikant zu wachsen?

Chris Tipp: Es ist die Chip-to-Chip-Verbindung. Aufgrund der Ebenheit und der Möglichkeit, mehrere RDLs auf 2 um und darunter zu bringen, unterscheidet sich die Technologie so stark, dass es für organische Substrate sehr schwierig ist, zu konkurrieren, da sie auch mit Si-Interposern konkurriert.

Bilal Hachemi:: Wann erwarten Sie, dass die Einführung von Glaskernsubstraten ihren Höhepunkt erreichen wird?

Chris Tipp:: Derzeit ist CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) die einzige Lösung im Bereich des Advanced Packaging. Die Erwartungen des Marktes haben sich jedoch über diese einzige Option hinaus entwickelt und treiben die Nachfrage nach neuen und besseren Alternativen voran. Ausgehend von den aktuellen Branchenaussichten gehen wir davon aus, dass die Nachfrage nach Glassubstraten weiter steigen wird.

Glaskernsubstrate bieten mehrere technische Vorteile gegenüber herkömmlichen Silizium- und organischen Substraten. Sie bieten eine bessere Dimensions-Stabilität, eine geringere Wärme-Ausdehnung und eine bessere elektrische Isolierung. Diese Eigenschaften sind von entscheidender Bedeutung, da wir die Leistung elektronischer Geräte steigern wollen und die Dichte und Komplexität der Verbindungen zunimmt.

Darüber hinaus ermöglichen Glassubstrate ein besseres Wärme-Management und können feinere Strukturgrößen unterstützen, die für fortgeschrittene Knotenpunkttechnologien unerlässlich sind. Obwohl es schwierig ist, den genauen Zeitpunkt für die Einführung von Glassubstraten zu bestimmen, rechnen wir mit erheblichen Fortschritten und einer steigenden Akzeptanz von Glas-Substraten. [...]

*Anmerkung:DataCenter-Insider hat den Text von der Yole Group übernommen.

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