Đóng gói bán dẫn tiên tiến: Cơ hội từ vật liệu cho Việt Nam

Nhu cầu tính toán từ các hệ thống AI đang làm thay đổi cách ngành bán dẫn phát triển sản phẩm. Thay vì chỉ tập trung thu nhỏ transistor, các nhà sản xuất ngày càng chú trọng tích hợp bộ xử lý, bộ nhớ và các thành phần kết nối trong cùng một hệ thống.

THÁCH THỨC CỦA NGÀNH BÁN DẪN

Theo ông Đỗ Văn Quân, Giám đốc quốc gia Corning Việt Nam, những thách thức của ngành bán dẫn hiện nay không chỉ nằm ở kích thước transistor mà còn liên quan đến tiêu thụ điện, quản lý nhiệt, độ tin cậy và khả năng kết nối giữa các thành phần. Vì vậy, công nghệ đóng gói tiên tiến ngày càng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu năng tổng thể.

Các công nghệ đóng gói 2.5D và 3D cho phép kết nối hoặc xếp chồng nhiều chip trong cùng một cấu trúc. Những ứng dụng như chip-on-wafer-on-substrate (CoWoS) và bộ nhớ băng thông cao (HBM) cho thấy đóng gói không còn đơn thuần là công đoạn hoàn thiện sản phẩm, mà đã trở thành một phần quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống AI.

Tuy nhiên, khi các gói chip ngày càng lớn, mỏng và có nhiều kết nối hơn, việc kiểm soát cong vênh, ứng suất nhiệt và chất lượng sản phẩm cũng trở nên phức tạp. Đây là lý do vật liệu ngày càng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng triển khai thiết kế và mở rộng sản xuất.

Ông Quân cho rằng đổi mới trong ngành bán dẫn đang dịch chuyển từ chip đơn lẻ sang cấp độ đóng gói và toàn hệ thống. Đặc tính của vật liệu vì thế có thể quyết định khả năng chế tạo và duy trì độ ổn định của sản phẩm trong quá trình sản xuất.

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU MỚI TRONG ĐÓNG GÓI TIÊN TIẾN

Trong số các vật liệu được quan tâm, kính có tiềm năng ứng dụng nhờ khả năng duy trì độ ổn định kích thước và độ chính xác bề mặt. Tùy thiết kế, kính có thể được dùng làm tấm đỡ tạm thời trong quá trình gia công hoặc trở thành một phần cố định của gói bán dẫn.

Với tấm đỡ kính, vật liệu này hỗ trợ quá trình làm mỏng wafer – tấm nền chứa nhiều chip – vốn đòi hỏi kiểm soát tốt độ ổn định cơ học. Theo ông Quân, các giải pháp kính đỡ của Corning được thiết kế để tương thích với silicon về đặc tính giãn nở nhiệt, qua đó hỗ trợ giảm ứng suất và ổn định quy trình sản xuất.

Một hướng phát triển khác là đế lõi kính (glass core substrate). Thay vì sử dụng kính như vật liệu hỗ trợ tạm thời, công nghệ này đưa kính trở thành một phần của cấu trúc gói chip. Theo đại diện Corning, vật liệu kính có thể đáp ứng một số yêu cầu về độ ổn định kích thước và độ chính xác khi các gói bán dẫn ngày càng lớn, đồng thời cần tích hợp nhiều kết nối hơn.

Để đưa công nghệ này vào sản xuất, doanh nghiệp phải phối hợp nhiều công đoạn, từ gia công kính, tạo các lỗ kết nối xuyên qua vật liệu đến hình thành đường dẫn tín hiệu và lắp ráp hoàn thiện. Điều đó cho thấy lợi thế không chỉ nằm ở vật liệu, mà còn phụ thuộc vào năng lực gia công chính xác, kiểm soát quy trình và hợp tác giữa các doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng.

Corning cũng cung cấp vật liệu kính phục vụ quang khắc cực tím bước sóng cực ngắn (EUV) và các giải pháp liên quan đến quang học đồng đóng gói (CPO), hướng công nghệ nhằm cải thiện khả năng truyền dữ liệu trong các hệ thống tính toán hiệu năng cao.

Dù vậy, kính không phải vật liệu có thể thay thế toàn bộ các vật liệu truyền thống. Hiệu quả của từng giải pháp còn phụ thuộc vào thiết kế, quy trình gia công, chất lượng vật liệu và khả năng sản xuất hàng loạt. Việc thương mại hóa các công nghệ mới cũng cần thời gian để hoàn thiện quy trình và đáp ứng yêu cầu của khách hàng.

CƠ HỘI CHO VIỆT NAM TỪ CHUỖI GIÁ TRỊ VẬT LIỆU VÀ ĐÓNG GÓI

Theo ông Đỗ Văn Quân, Đông Nam Á đang trở thành khu vực được chú ý trong quá trình mở rộng năng lực đóng gói bán dẫn. Điều này mở ra cơ hội để các quốc gia tham gia chuỗi cung ứng không chỉ qua sản xuất chip, mà còn ở các khâu vật liệu, thiết bị và tích hợp.

Với Việt Nam, câu hỏi đặt ra là làm thế nào để tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị, thay vì chỉ tập trung thu hút các dự án sản xuất và lắp ráp. Tuy nhiên, cơ hội từ vật liệu mới cần được xem xét dựa trên năng lực công nghiệp thực tế và khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của thị trường.

Một số hướng có thể nghiên cứu gồm gia công chính xác, đo kiểm, kiểm soát chất lượng và cung ứng vật tư, thiết bị phụ trợ cho công nghệ đóng gói. Đây có thể là những mắt xích để doanh nghiệp trong nước tìm kiếm cơ hội tham gia, tùy thuộc vào nền tảng công nghệ và khả năng đáp ứng yêu cầu của đối tác.

Ở cấp độ nghiên cứu, việc phát triển vật liệu phục vụ đóng gói tiên tiến đòi hỏi sự phối hợp giữa doanh nghiệp, trường đại học và các cơ sở nghiên cứu. Năng lực thử nghiệm, đánh giá độ tin cậy và kiểm soát quy trình có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng công nghiệp.

Tuy vậy, theo chuyên gia, đầu tư thiết bị mới chưa đủ để hình thành năng lực vật liệu bán dẫn. Doanh nghiệp còn cần nhân lực chuyên sâu, khả năng duy trì chất lượng ổn định và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe. Với những công nghệ như đế lõi kính, triển vọng thương mại hóa còn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện quy trình và khả năng tiếp nhận của thị trường.