Đóng gói tiên tiến chip bán dẫn: 'Mỏ vàng' mới cho Việt Nam

Đóng gói không còn là “công đoạn cuối”

Trong quy trình chế tạo chip bán dẫn đầy tinh vi, bên cạnh những công đoạn kỹ thuật như quang khắc, bóng bán dẫn hay cuộc đua khốc liệt các tiến trình sản xuất 3nm, 2nm…, còn một “mắt xích” âm thầm nhưng mang tính sống còn: công nghệ đóng gói tiên tiến (advanced packaging). Chính quy trình ít được nhắc đến này lại giúp cho các con chip hoạt động ổn định, mạnh mẽ và bền bỉ.

Các chuyên gia của Visemi Foundation (một tổ chức phi lợi nhuận gồm nhiều chuyên gia bán dẫn người Việt Nam ở nước ngoài) ví von rằng: “Nếu chip là bộ não, thì công nghệ đóng gói chính là bộ xương và lớp da giúp bảo vệ, kết nối và đưa bộ não đó vào thế giới thực”.

Đóng gói bán dẫn là quá trình bảo vệ các vi mạch tích hợp sau khi chế tạo và cung cấp kết nối giữa chip và bảng mạch. Vào những năm 1960-1970, kỹ thuật đóng gói còn đơn giản: gắn chip vào substrate (chất nền) bằng dây vàng (wire bonding), phủ vật liệu bảo vệ, sau đó kết nối với bảng mạch bằng các chân.

Một cơ sở đóng gói tiên tiến chip bán dẫn ở Hàn Quốc

Trong những thập niên đầu của ngành bán dẫn, đây từng là một khâu khá đơn giản. Tuy vậy, khi số lượng bóng bán dẫn trên một con chip tăng theo cấp số nhân, không gian vật lý trở nên chật hẹp, tần số hoạt động cao hơn, nhiệt lượng sinh ra lớn hơn. Đóng gói, từ chỗ là “hậu cần”, buộc phải tiến hóa.

Bắt đầu từ những năm 1990, các kỹ thuật đóng gói tiên tiến như Ball Grid Array (BGA), Flip-Chip và System-in-Package (SiP) được phát triển để giải quyết bài toán không gian, hiệu suất và tản nhiệt. Đến thập kỷ 2010-2020, các công nghệ như 2.5D, 3D IC và Chiplet xuất hiện, đưa đóng gói trở thành một phần trong thiết kế hệ thống, thay vì chỉ là giai đoạn cuối. Thậm chí trong nhiều ứng dụng, kỹ thuật đóng gói quyết định hiệu năng gần như ngang bằng với thiết kế bóng bán dẫn.

Nói cách khác, khi tiến trình sản xuất chạm ngưỡng vài nanomet, mỗi bước thu nhỏ mới đều đòi hỏi chi phí khổng lồ, thời gian phát triển kéo dài và rủi ro kỹ thuật lớn, thì đóng gói tiên tiến giúp tạo ra những con chip nhỏ hơn, mạnh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, đồng thời phù hợp với các ứng dụng hiện đại đòi hỏi khả năng tính toán ngày càng khốc liệt.

Như vậy, một hệ thống đóng gói tiên tiến phải giải quyết đồng thời nhiều bài toán khắt khe: Kết nối điện ổn định giữa chip và bảng mạch; quản lý nhiệt hiệu quả, độ bền cơ học cao; tối ưu không gian cho thiết bị ngày càng nhỏ gọn; đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về tần số, điện áp, dòng điện; giảm suy hao tín hiệu, độ trễ thấp…

Cơ hội hiếm hoi cho Việt Nam

Trong bức tranh toàn cầu ấy, công nghệ đóng gói tiên tiến đang mở ra một cửa sổ cơ hội hiếm hoi cho các quốc gia đi sau - trong đó có Việt Nam.

So với việc xây dựng một nhà máy sản xuất chip (fab) với chi phí hàng chục tỉ USD, đầu tư cho đóng gói tiên tiến chỉ cần từ vài trăm triệu USD đến khoảng 1 tỉ USD, thấp hơn nhiều lần.

Việt Nam có nhiều cơ hội trong khâu đóng gói tiên tiến chip bán dẫn

Đặc biệt, Việt Nam đang sở hữu lợi thế về nguồn nhân lực: trẻ, năng động, có nền tảng kỹ thuật tốt và ngày càng nhiều chuyên gia tham gia vào các khâu của chuỗi giá trị bán dẫn, từ thiết kế đến sản xuất. Trong khi nhiều quốc gia mạnh về nghiên cứu nhưng thiếu nhân lực kỹ thuật triển khai, Việt Nam lại được đánh giá cao ở khả năng này.

Tại một diễn đàn mới đây, TS Nguyễn Thị Bích Yến, chuyên gia hàng đầu về chip bán dẫn, từng bày tỏ niềm tin rằng Việt Nam hoàn toàn có thể bước vào lĩnh vực vi mạch và phát triển rất nhanh, đặc biệt nếu chọn đúng hướng đi là đóng gói tiên tiến.

“Công nghệ này cần số tiền đầu tư từ vài trăm triệu USD lên đến 1 tỉ USD tùy theo kỹ thuật - thấp hơn 10 lần; thời gian phát triển và có một con chíp có thể trong vòng khoảng 1 tháng hoặc ngắn hơn”, bà Yên nói.

Bà Yến khuyến nghị: Việt Nam có thể sự hợp tác với các tập đoàn công nghệ hàng đầu đưa kỹ thuật hiện đại vào Việt Nam hoặc tận dụng lợi thế của mình là nguồn nhân lực trẻ, năng động, có ý chí để hợp tác đào tạo, chuyển giao công nghệ.

Các chuyên gia của Ngân hàng Thế giới WB cũng nhìn nhận Việt Nam có thể nhảy vọt lên phân đoạn đóng gói tiên tiến (ví dụ, công nghệ xếp chồng chip 2.5D/3D và công nghệ hệ thống trong chip - SiP) bằng cách tận dụng các khoản đầu tư sớm.

“Dây chuyền thử nghiệm đóng gói 3D của Intel Việt Nam và nhà máy SiP mới của Amkor đã mang lại cho Việt Nam lợi thế người tiên phong trong khu vực. Đóng gói tiên tiến có tính thâm dụng công nghệ và vốn cao, nhưng có thể trở thành một lĩnh vực ngách mà Việt Nam tạo được dấu ấn riêng”, WB nêu.

Đóng gói tiên tiến không chỉ quyết định hiệu năng của con chip, mà còn định hình chiến lược phát triển của cả ngành

Như vậy, trong cuộc đua bán dẫn toàn cầu, đóng gói tiên tiến đang từ “hậu trường” bước ra “sân khấu chính”. Nó không chỉ quyết định hiệu năng của con chip, mà còn định hình chiến lược phát triển của cả ngành.

Với Việt Nam, đây không phải là con đường dễ dàng, nhưng là con đường thực tế và thông minh để từng bước xây dựng năng lực lõi. Qua đó, tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu mà không cần chạy đua trực diện ở những lĩnh vực đòi hỏi vốn và công nghệ quá lớn.

Lam Thanh