Substrato ceramico multistrato per packaging di semiconduttori AI

Il packaging avanzato dei semiconduttori per i data center di intelligenza artificiale incontra limiti crescenti in termini di stabilità del substrato e densità di interconnessione. Kyocera Corporation ha sviluppato un substrato con nucleo ceramico multistrato progettato per aumentare la rigidità meccanica e consentire strutture di interconnessione più fini nei package ad alte prestazioni per xPU e ASIC.

Superare i vincoli nell’infrastruttura dati per l’AI
La crescita delle applicazioni di intelligenza artificiale, inclusi i modelli linguistici di grandi dimensioni, sta aumentando la domanda di processori ad alte prestazioni come CPU e GPU, indicati collettivamente come xPU. Questi dispositivi vengono integrati in package complessi utilizzati nei data center, dove le dimensioni del substrato e la densità delle interconnessioni continuano ad aumentare.

I substrati con nucleo organico convenzionali presentano limiti in questo contesto. Con l’aumento delle dimensioni, la deformazione (warpage) diventa un fattore critico che influisce sulla resa produttiva e sull’affidabilità. Allo stesso tempo, i requisiti di interconnessione più fine mettono sotto pressione i processi di foratura meccanica utilizzati nei materiali organici.

Il substrato ceramico multistrato di Kyocera affronta queste sfide grazie a una maggiore rigidità strutturale e a capacità avanzate di microfabbricazione. La tecnologia è destinata ad architetture di packaging 2,5D, in cui più circuiti integrati vengono montati su un interposer comune per aumentare prestazioni e larghezza di banda nell’ecosistema dei dati automotive e nelle infrastrutture di calcolo per l’AI.

Progettazione del materiale ceramico e riduzione della deformazione
Il substrato si basa sui materiali ceramici avanzati di Kyocera e utilizza una struttura multistrato che migliora la resistenza alla deformazione. Questa maggiore rigidità riduce gli effetti di flessione durante i cicli termici e i processi di assemblaggio, che rappresentano le principali cause di warpage nei package di grandi dimensioni.

Secondo simulazioni interne condotte nel febbraio 2026, il design ceramico consente substrati più sottili mantenendo la stabilità strutturale. La riduzione della deformazione migliora la precisione di allineamento durante il montaggio e contribuisce a prestazioni elettriche più stabili.

Interconnessioni ad alta densità tramite formazione avanzata dei via
Una caratteristica chiave del substrato ceramico multistrato è la formazione dei via quando il materiale è ancora plastico, prima del processo di sinterizzazione. Questo approccio differisce dai substrati organici, nei quali i via vengono realizzati tramite perforazione meccanica dopo l’indurimento del materiale.

Questo metodo consente diametri dei via di circa 75 µm e passi dei via di circa 200 µm. Tali parametri permettono una maggiore densità di interconnessione e un instradamento del segnale più efficiente, essenziale per applicazioni come acceleratori AI e ASIC di switching.

La struttura tridimensionale delle interconnessioni risultante supporta layout circuitali più compatti, rispondendo alle esigenze di miniaturizzazione dei semiconduttori avanzati utilizzati nella catena di fornitura digitale e nei data center su larga scala.

Integrazione della progettazione basata su simulazione
Kyocera integra strumenti di simulazione già nella fase di progettazione del substrato, includendo analisi termiche, elettriche e della deformazione. Queste simulazioni sono adattate ai requisiti specifici del dispositivo e ai processi di assemblaggio.

Questo approccio riduce i cicli di sviluppo e aumenta la probabilità di raggiungere gli obiettivi prestazionali nel prodotto finale. È particolarmente rilevante per progetti personalizzati di calcolo ad alte prestazioni, dove la gestione termica e l’integrità del segnale sono strettamente correlate alle caratteristiche del substrato.

Contesto industriale e applicazioni
Il substrato ceramico multistrato sarà presentato all’Electronic Components and Technology Conference (ECTC 2026), che si terrà dal 26 al 29 maggio 2026 a Orlando, in Florida. L’evento è dedicato ai progressi nelle tecnologie di packaging dei semiconduttori.

La tecnologia è destinata ad applicazioni nei data center AI, nel calcolo ad alte prestazioni e nei sistemi di rete avanzati. È particolarmente adatta agli schemi di integrazione 2,5D, in cui le prestazioni del substrato influenzano direttamente l’efficienza complessiva del sistema.

Affrontando i limiti meccanici e di scalabilità dei substrati organici, le soluzioni ceramiche offrono un percorso per continuare ad aumentare le prestazioni e la densità di integrazione delle tecnologie avanzate dei semiconduttori.

Modificato dalla giornalista industriale Sucithra Mani con l’assistenza dell’IA.

www.kyocera.com