Sustrato cerámico multicapa para empaquetado de semiconductores de IA

El empaquetado avanzado de semiconductores para centros de datos de inteligencia artificial enfrenta limitaciones crecientes en estabilidad del sustrato y densidad de interconexión. Kyocera Corporation ha desarrollado un sustrato de núcleo cerámico multicapa diseñado para mejorar la rigidez mecánica y permitir estructuras de interconexión más finas en encapsulados de alto rendimiento para xPU y ASIC.

Superación de limitaciones en la infraestructura de datos de IA
El crecimiento de aplicaciones de IA, incluidos los modelos de lenguaje de gran escala, impulsa la demanda de procesadores de alto rendimiento como CPU y GPU, conocidos colectivamente como xPU. Estos dispositivos se integran en encapsulados complejos utilizados en centros de datos, donde el tamaño del sustrato y la densidad de interconexión continúan aumentando.

Los sustratos de núcleo orgánico convencionales presentan limitaciones en este contexto. A medida que crecen las dimensiones del sustrato, la deformación (warpage) se convierte en un factor crítico que afecta el rendimiento de fabricación y la fiabilidad. Al mismo tiempo, los requisitos de interconexión más fina desafían los procesos de perforación mecánica utilizados en materiales orgánicos.

El sustrato cerámico multicapa de Kyocera aborda estos problemas mediante una mayor rigidez estructural y capacidades mejoradas de microfabricación. La tecnología está orientada a arquitecturas de empaquetado 2.5D, donde múltiples circuitos integrados se colocan sobre un interposer común para aumentar el rendimiento y el ancho de banda en el ecosistema de datos automotriz y en infraestructuras de computación de IA.

Diseño del material cerámico y reducción de deformación
El sustrato se basa en materiales cerámicos avanzados de Kyocera y utiliza una estructura multicapa que incrementa la resistencia a la deformación. Esta mayor rigidez reduce la flexión durante ciclos térmicos y procesos de ensamblaje, causas típicas de deformación en encapsulados de gran tamaño.

Según simulaciones internas realizadas en febrero de 2026, el diseño cerámico permite sustratos más delgados manteniendo la estabilidad estructural. La reducción de deformación mejora la precisión de alineación durante el montaje y favorece un rendimiento eléctrico más consistente.

Interconexión de alta densidad mediante formación avanzada de vías
Una característica clave del sustrato cerámico multicapa es la formación de vías cuando el material aún es maleable, antes del proceso de sinterización. Esto contrasta con los sustratos orgánicos, donde las vías se generan mediante perforación mecánica posterior.

Este enfoque permite diámetros de vía de aproximadamente 75 µm y pasos de vía de alrededor de 200 µm. Estas especificaciones favorecen una mayor densidad de interconexión y una transmisión de señales más eficiente, lo que resulta esencial en aplicaciones como aceleradores de IA y ASIC de conmutación.

La estructura tridimensional de interconexión resultante facilita diseños de circuitos más compactos, respondiendo a los requisitos de miniaturización en semiconductores avanzados utilizados en la cadena de suministro digital y en centros de datos de gran escala.

Integración de diseño basada en simulación
Kyocera incorpora capacidades de simulación durante la fase de diseño del sustrato, incluyendo análisis térmico, eléctrico y de deformación. Estas simulaciones se ajustan a los requisitos específicos del dispositivo y a los procesos de ensamblaje.

Este enfoque permite reducir ciclos de desarrollo y aumentar la probabilidad de cumplir los objetivos de rendimiento en el producto final. Resulta especialmente relevante en diseños personalizados de computación de alto rendimiento, donde la gestión térmica y la integridad de señal están estrechamente relacionadas con el sustrato.

Contexto industrial y aplicaciones
El sustrato cerámico multicapa se presentará en la Electronic Components and Technology Conference (ECTC 2026), que se celebrará del 26 al 29 de mayo de 2026 en Orlando, Florida. Este evento está centrado en avances en tecnologías de empaquetado de semiconductores.

La tecnología está orientada a aplicaciones en centros de datos de IA, computación de alto rendimiento y sistemas de redes avanzadas. Es especialmente adecuada para esquemas de integración 2.5D, donde el rendimiento del sustrato influye directamente en la eficiencia del sistema.

Al abordar las limitaciones mecánicas y de escalado de los sustratos orgánicos, las soluciones cerámicas ofrecen una vía para continuar aumentando el rendimiento y la densidad de integración en tecnologías de semiconductores avanzados.

Editado por la periodista industrial Sucithra Mani con la ayuda de IA.

www.kyocera.com