Puslaidininkiai ir hibridiniai lustai šiuolaikiniame pasaulyje – vienas svarbiausių technologinių išteklių. Jie reikalingi įvairiuose kasdien naudojamuose įrenginiuose ir sudėtinguose technologiniuose sprendimuose: nuo išmaniųjų telefonų, elektromobilių, medicininės įrangos iki energetikos infrastruktūros. Europa vis dar didžiąja dalimi priklausoma nuo importo, tad deda pastangas stiprinti savo nepriklausomybę puslaidininkių srityje. Prie šių pastangų prisideda ir Lietuvos mokslininkai.
Puslaidininkiai ir hibridiniai lustai šiuolaikiniame pasaulyje – vienas svarbiausių technologinių išteklių. Jie reikalingi įvairiuose kasdien naudojamuose įrenginiuose ir sudėtinguose technologiniuose sprendimuose: nuo išmaniųjų telefonų, elektromobilių, medicininės įrangos iki energetikos infrastruktūros. Europa vis dar didžiąja dalimi priklausoma nuo importo, tad deda pastangas stiprinti savo nepriklausomybę puslaidininkių srityje. Prie šių pastangų prisideda ir Lietuvos mokslininkai.
D. Mendelio darbai laboratorijoje
Milžinišką puslaidininkių ir lustų poreikį įrodyti nesudėtinga: štai išmaniajame telefone yra 50–100 lustų, moderniame automobilyje nuo 1 tūkst. iki 3 tūkst. lustų, elektromobilyje – dar daugiau. Viename tokiame moderniame luste gali būti nuo milijonų iki kelių milijardų tranzistorių, priklausomai nuo technologijos mazgo – tai pabrėžia ne tik gamybos, bet ir projektavimo sudėtingumą.
2025 m. pasaulinė šių technologijų rinka pasiekė beveik 800 mlrd. JAV dolerių, o prognozės rodo, kad 2026-aisiais rinka gali priartėti prie 1 trilijono JAV dolerių. Europoje pagaminama mažiau nei 10 proc. pasaulio lustų, todėl žemynas labai priklausomas nuo importo iš Azijos (ypač Taivano ir Pietų Korėjos).
„Puslaidininkių ir hibridinių lustų vystymas šiandien yra Europos strateginis prioritetas, todėl akademinės ir pramoninės institucijos siekia bendro tikslo – stiprinti Europos technologinę nepriklausomybę“, – teigia Kauno technologijos universiteto (KTU) elektros ir elektronikos inžinerijos krypties doktorantas Dominykas Mendelis, dirbantis būtent lustų srityje.
Jis įsitikinęs, kad tokia sinergija gali prisidėti prie to, kad Lietuva taptų stipriu mikroschemų kompetencijos centru. „Universitetai – tarp jų ir KTU – būtų svarbi šio proceso ašis“, – sako D. Mendelis.
Technologijų vystymas sparčiai augs
Universiteto bendradarbiavimas su pramone, pasak KTU doktoranto – ilgalaikė strateginė kryptis.
„Akivaizdu, kad Lietuvoje artimiausiais metais mikroschemų ir puslaidininkių technologijų vystymas stipriai augs, todėl reikės specialistų, kurie išmano ne tik teoriją, bet ir praktinius testavimo bei projektavimo aspektus“, – pastebi D. Mendelis.
Bendrai vykdomi projektai dažnai trunka ilgai, trunkantys bent kelerius metus, todėl įmonės aktyviai dalijasi savo patirtimi, technologine infrastruktūra, organizuoja mokymus ir suteikia prieigą prie realių įrankių.
„Tai leidžia tyrimus vykdyti ne izoliuotoje akademinėje aplinkoje, o realiame technologiniame kontekste. Svarbus ir bendradarbiavimas tarp universitetų – tiek nacionaliniu, tiek tarptautiniu mastu“, – tikina pašnekovas.
Dėmesio centre – hibridiniai lustai
KTU doktoranto, dirbančio KTU Technologinių ir fizikinių mokslų ekscelencijos centre (TiFEC), tyrimai orientuoti į testavimo technologijų tobulinimą daugiafunkciniams hibridiniams lustams. Tai naujos kartos sudėtingos daugialustės sistemos, traukiančios šiuolaikinės pramonės dėmesį.
„Tokios architektūros yra itin patrauklios pramonei, nes leidžia integruoti jau pagamintus ir ištestuotus atskirus lustus į vieną sistemą, taip mažinant kūrimo laiką, didinant projektavimo lankstumą ir sudarant galimybes efektyviau kurti sudėtingas, didelio našumo sistemas.
Vis dėlto, problema ta, kad šiuolaikiniai projektavimo ir gamybos procesai neužtikrina pakankamo testavimo dengiamumo ar patikimumo, kai kalbama apie daugiafunkcinius hibridinius lustus, tokius kaip SiP (angl. System-in-Package) ar „chiplet“ tipo sprendimai“, – tikina D. Mendelis.
Tokia mokslo neapibrėžtis, anot KTU doktoranto, egzistuoja dėl didelės struktūrinės ir technologinės įvairovės, ribotų testavimo galimybių po tam tikrų procesų bei reikšmingos technologinių parametrų įtakos procesams.
„Sėkmės rezultatas – sukurti hibridinių lustų testavimo technologijas ir metodikas, kurios didintų patikimumo įvertinimo tikslumą bei testavimo rezultatų atitikimą realioms taikymo sąlygoms. Efektyvesnės testavimo metodikos leistų ankstyviau identifikuoti defektus, sumažinti broko kaštus ir optimizuoti gamybos laiką“, – sako D. Mendelis.
Pasak jo, ilgalaikėje perspektyvoje tai prisidėtų prie stipresnės Lietuvos puslaidininkių ekosistemos, ypač jei šalyje bus vystomi sudėtingesni integruoti sprendimai, tokie kaip SiP ar „chiplet“ architektūros.
„Patikimas testavimas yra būtina sąlyga konkurencingai tiekimo grandinei ir aukštos pridėtinės vertės gamybai“, – pabrėžia KTU doktorantas.
Iš pramonės – atgal į universitetą
Tiek bakalauro, tiek magistrantūros elektronikos inžinerijos studijas KTU baigęs D. Mendelis tik padirbęs inžinieriumi įmonėje nusprendė grįžti į savo Alma Mater ir tęsti studijas doktorantūroje. Šiandien jis – pirmo kurso KTU elektros ir elektronikos inžinerijos krypties doktorantas.
„Palikti pramonę paskatino universitete kuriamos inovacijos ir atsiveriančios perspektyvos. Manau, kad darbas pramonėje – labai naudingas, mokantis, vis dėlto universitetas turi sekti naujausias technologijas, taikyti bei kurti pažangiausias metodikas ir taip vystyti mokslą. Todėl šia prasme akademinė aplinka man pasirodė prasmingesnė profesiniam augimui“, – teigia D. Mendelis.
Doktorantūros pradžioje pašnekovas dar derino darbą su mokslais, tačiau šiuo metu pramonėje nebedirba ir yra visiškai įsitraukęs į veiklas universitete, kur koncentruojasi į doktorantūros studijas bei kitą projektinę veiklą.
Doktorantui jau pavyko suformuoti aiškią tyrimo kryptį ir pradėti eksperimentinius bandymus, susijusius su daugiafunkcinių hibridinių lustų testavimo optimizavimu. Taip pat pradėtas kurti metodologinis pagrindas, kaip ankstyvieji elektriniai parametrai gali būti naudojami patikimumo prognozavimui.
„Preliminarūs rezultatai rodo, kad dalį defektinių struktūrų galima identifikuoti ankstyvesnėje testavimo stadijoje, pasitelkiant atitinkamus metodus, dar prieš atliekant visą testų ciklą. Tai teoriškai leistų sumažinti nereikalingų testų skaičių ir optimizuoti testavimo laiką“, – tikina KTU doktorantas D. Mendelis.
