מארזים מתקדמים (advanced packaging) של שבבים הופכים בזמן האחרון לשלב חיוני בתהליכי הייצור והתכנון של מכשירים אלקטרונים מורכבים, ויש להם אפילו השפעה קריטית על הביצועים והיכולות של המכונית האוטונומית. ממחקר של חברתMordor Intelligence עולה כי היקף שוק המארזים המתקדמים מוערך ב-24 מיליארד דולר בקירוב, וצפוי לרשום גידול של 8% בקירוב ולהגיע ל-38 מיליארד דולר ב-2026.
מה תפקידה של האריזה? היא מאפשרת לאגד מספר רב של רכיבי חומרה זעירים בתוך מארז ולהפוך אותם למכשיר אלקטרוני אחד, והיא מהווה את השלב הסופי של תהליך הייצור. במבט על, שיטת האריזה של השבבים והרכיבים השונים שמרכיבים את פרוסת הסיליקון או את המעגל המודפס, משפיעה על העוצמה שלהם, רמת הביצועים והעלות, וברמת המיקרו היא משפיעה על הפונקציונליות של כל שבב ושבב. השפעה זו מתגלגלת, במוקדם או במאוחר, אל הצרכן ומשפיעה על הביצועים של המכשיר האלקטרוני וגם על העלות שלו.
בזמן שטכנולוגיות חדשניות בתחומים של מחשוב ענן, ביג דאטה, בינה מלאכותית, מובייל וכלי רכב חשמליים ואוטונומיים, דורשות כוח מחשוב רב יותר מתמיד, יצרני השבבים הגיעו כבר לקצה גבול יכולת המזעור של השבבים, כ- 1.5 ננומטר, ומתקשים לעמוד בדרישות. גם משבר השבבים העולמי והגידול המשמעותי בביקושים למוצרי אלקטרוניקה שהתניע עם פרוץ משבר הקורונה מלחיצים את היצרנים.
אחד הפתרונות שמצאו יצרני השבבים הוא הנחת הרכיבים על גבי פרוסות הסיליקון בצורה צפופה יותר מן המקובל, אלא שמזעור במישור הדו-מימדי מחייב רמת דיוק גבוהה יותר במדידה, ומהירות גבוהה יותר ברמת ניתוח האות ומעבר המידע, ומסבך מאוד את פעולת הייצור.
טכניקת המארזים המתקדמים מבוססת על הדבקה של שתים, שלוש פרוסות סיליקון זו לזו ואף בנייה לגובה של שבבים בודדים, ברמה של מאות שכבות זו על גבי זו, משל היו המהנדסים משחקים בקוביות. המבנה הרב-קומתי מאפשר ליצור פתרונות שמתבססים על אופטימיזציה של מספר טכנולוגיות יחד
הפתרון האפקטיבי ביותר לאתגר זה טמון כאמור בשיטת המארזים המתקדמים או במילים אחרות – במעבר מארכיטקטורת דו-מימד לתלת-מימד. בפועל, טכניקת המארזים המתקדמים מבוססת על הדבקה של שתים, שלוש פרוסות סיליקון זו לזו ואף בנייה לגובה של שבבים בודדים, ברמה של מאות שכבות זו על גבי זו, משל היו המהנדסים משחקים בקוביות. המבנה הרב-קומתי מאפשר ליצור פתרונות שמתבססים על אופטימיזציה של מספר טכנולוגיות יחד. כך אפשר להרכיב על גבי פרוסת הסיליקון רכיבים שונים, כגון רכיב זיכרון, מעבדים ואחרים, הטובים מסוגם, גם אם פותחו על ידי יצרנים שונים.
גבול המזעור משפיע גם על ענף המעגלים המודפסים, ובמיוחד על היחידה המחברת בין השבבים ללוח המעגל המודפס. אם בעבר כל יחידה כזאת חיברה שבב אחד ללוח, הרי שהיום באמצעות טכנולוגיית המארזים המתקדמים כל יחידה יכולה להכיל מספר שבבים, מסוגים שונים (זיכרון, לוג'יק, אנטנה וכו') וכך מתקבלת יחידה אחת עם פונקציונליות מאד גבוהה.
לוחות המעגלים המודפסים הללו משמשים היום מרכזי נתונים ושרתי G5 ומשפרים עד מאוד את הביצועים בתחומים המצריכים העברת כמויות גדולות של דאטה במהירות גבוהה. בעתיד, אנו צופים כי יחידות מתקדמות יותר ישולבו גם במחשבים שולחניים, מחשבים ניידים, ברכב האוטונומי ועוד.
הכותבים: ד"ר עידו דולב ומני גנץ הם מנהל חטיבת מדידות אופטיות וסמנכ"ל השיווק בחטיבת המעגלים המודפסים של KLA