(الجزء التالي الأول: تصميم الدوائر المتكاملة؛ الجزء الثاني: تصنيع الدوائر المتكاملة)

V. ATP (التجميع والاختبار والتعبئة والتغليف) والتعبئة المتقدمة

الاستنتاجات الأساسية حول التجميع والاختبار والتعبئة والتغليف والتعبئة المتقدمة:

(1) بالنسبة لأشباه الموصلات الخلفية ذات التقنية المنخفضة نسبيًا ATP، تعتمد الولايات المتحدة بشكل كبير على الموارد الأجنبية المتمركزة في آسيا.

(2) مع ازدياد تعقيد الرقائق، تمثل طرق التغليف المتقدمة مجالات محتملة لتحقيق تقدم تكنولوجي كبير. ومع ذلك، فإن الولايات المتحدة أيضًا ليست مكانًا فعالاً من حيث التكلفة لتطوير صناعة التعبئة والتغليف المتقدمة القوية لأنها تفتقر إلى النظام البيئي للمواد الضرورية؛

(3) ردًا على ذلك، قد تؤدي الاستثمارات الصينية الضخمة إلى تعطيل الأسواق الحالية.

(I) التقديرات الأساسية لدولة العلم للتغليف والاختبار الأساسيين

(أ) المعلومات الأساسية

في مرحلة ATP الأساسية الخلفية، يتم تجميع الشريحة (الأساسية) في منتج نهائي، يتم اختباره وتعبئته وتجميعه في إلكترونيات. هناك وضعان لمرحلة ATP: (1) OEM بواسطة IDM و (2) OEM. المسابك هي شركات OSAT (تجميع واختبار أشباه الموصلات النقية) المتخصصة في الاختبار أو التعبئة أو التجميع أو التجميع وتقديم خدمات العقود. ومن حيث إجمالي سوق ATP، شكلت الشركات الأمريكية 28% من إجمالي الإيرادات؛ على الرغم من أن الشركات الأمريكية تمثل ما يقرب من 43% من إيرادات IDM ATP المتكاملة رأسيًا، فقد قامت الشركات الأمريكية بالاستعانة بمصادر خارجية لإنتاج ATP إلى منشآت خارج الولايات المتحدة. دخلت مسابك مثل TSMC (تايوان)، وUMC (تايوان)، وSMIC (البر الرئيسي للصين)، وXMC (البر الرئيسي للصين) في مجال التعبئة والتغليف لزيادة خدمات التصنيع التي تقدمها لعملاء Fabless، خاصة بالنسبة للتغليف المتقدم للرقائق الصغيرة. أطلقت TSMC أول حل تغليف متقدم لها في عام 2012. وفي عام 2017، كان هناك أكثر من 100 نظام OSATS مختلف في السوق. هناك ثمانية OSATS كبيرة؛ معظمهم من اللاعبين الصغار والمتوسطة الحجم.

على الرغم من وجود بعض شركات OSAT الأمريكية (لا سيما Amkor)، إلا أن الشركات الأمريكية لا تمثل سوى 15% من أعمال OSAT (تتصدر تايوان بنسبة 52%، تليها الصين بنسبة 21%)، ويقع مقر شركة Amkor في الولايات المتحدة ولكن ليس لديها مصنع تصنيع. منشأة في الولايات المتحدة.

لقد كان ATP الأساسي تقليديًا عملًا مؤتمتًا للغاية ومنخفض القيمة، ويتطلب بصمة كبيرة ويوظف في الغالب عمالًا ذوي مهارات منخفضة (وهذا يتغير مع إدخال تقنيات التعبئة والتغليف المتقدمة التي تمت مناقشتها أدناه). وهكذا، كانت هذه العملية هي المرحلة الأولى (التي بدأت في السبعينيات) من الاستعانة بمصادر خارجية للإنتاج في الولايات المتحدة، والتي كانت بشكل رئيسي إلى جنوب شرق آسيا. اليوم، تقع معظم مصانع الاستعانة بمصادر خارجية لـ ATP في الصين وتايوان وجنوب شرق آسيا (سنغافورة وماليزيا والفلبين وفيتنام). حددت SEMI وTechsearch أكثر من 1970 شركة الاستعانة بمصادر خارجية لـ OSAT و120 مصنع تعبئة في جميع أنحاء العالم في عام 360. ومن بين 2018 مصنعًا، يوجد أكثر من 360 مصنع في الصين، وحوالي 100 في تايوان و100 في جنوب شرق آسيا (الآخرون في أوروبا أو الأمريكتين). . يستخدم إنتاج OSAT في الصين تكنولوجيا التعبئة والتغليف السائدة الحالية، ولكن الصين تعمل على تطوير تكنولوجيا التعبئة والتغليف المتقدمة.

فيما يتعلق بالاختبار، يجب اعتماد تقنيات أشباه الموصلات واختبارها قبل استخدامها في نطاقات درجات الحرارة (النطاق الممتد)، ومقاومة الإشعاع، والبيئات القاسية لأسباب تتعلق بالأمن القومي. ويشمل ذلك اختبار تأثيرات الجسيمات المفردة (SEE) باستخدام البنية التحتية لاختبار إشعاع الأيونات الثقيلة. البنية التحتية الحالية لاختبار إشعاع الأيونات الثقيلة في الولايات المتحدة هشة ولا تلبي احتياجات اختبارات تأثيرات الجسيمات المفردة الحالية أو المستقبلية. غالبًا ما يواجه العملاء فترات انتظار طويلة وارتفاعًا في أسعار الاختبارات، ويكونون عرضة لضغوط كبيرة حتى في حال توقف منشأة رئيسية فجأة. "هناك أقل من ستة مختبرات مسرعات قادرة على إنتاج حزم أيونية ذات تنوع أيوني وطاقة كافية لتلبية متطلبات اختبار تأثيرات الجسيمات المفردة." يؤثر هذا على توافر الاختبارات لدعم مهام الفضاء المستقبلية بين وكالات الفضاء والصناعة (بما في ذلك الأقمار الصناعية).

(ب) المخاطر الكبرى

واليوم، تمتلك الولايات المتحدة 3% فقط من القدرة العالمية على تعبئة أشباه الموصلات (باستثناء قدرة الاختبار)، والتي تقدمها بشكل أساسي شركات IDM، والتي غالباً ما تمتلك مرافق ATP خارج الولايات المتحدة. ورغم أن هذا كان تاريخيًا عنصرًا منخفض التقنية في سلسلة التوريد، إلا أنه يمثل خطوة حاسمة. إن اعتماد أميركا على إنتاج الـATP الأساسي في جنوب شرق آسيا وتايوان والصين يعرض سلسلة التوريد الأميركية للتعطيل.

(II) مناقشة سيتي بنك حول تكنولوجيا التعبئة والتغليف المتقدمة

(أ) المعلومات الأساسية

في حين أن ATP الأساسي كان تقليديًا عنصرًا منخفض القيمة في سلسلة التوريد، إلا أن تقنيات التعبئة والتغليف أصبحت متقدمة بشكل متزايد. لعقود من الزمن، حافظت صناعة أشباه الموصلات على قانون مور، الذي يتنبأ بأن عدد الترانزستورات الموجودة في شبه الموصل يتضاعف كل عامين تقريبًا. واليوم، تتناقص فوائد الطاقة والأداء الناتجة عن تقليص أحجام الرقائق في كل عقدة عملية جديدة، في حين أن تكلفة كل ترانزستور آخذة في الازدياد. في حين أن تقليص الحجم لا يزال خيارًا، حيث يصبح التوسع أكثر تكلفة وصعوبة، فإن صناعة أشباه الموصلات تبحث عن بدائل تتضمن تجميع رقائق صغيرة و/أو دوائر متكاملة متعددة في حزمة واحدة. وهذا ما يسمى التغليف المتقدم. يمثل التغليف المتقدم تقنية بديلة ومكملة لتقليل عرض الخط لأنه يوفر كثافة أعلى للرقاقة في مرحلة الحزمة بدلاً من مستوى الشريحة ويسمح بدمج وظائف الشريحة المختلفة داخل حزمة واحدة. كما يسمح التغليف المتقدم باستخدام أكبر للرقائق التجارية الجاهزة (المعتمدة من قبل وزارة الدفاع) لتخصيص الحلول.

تتضمن أنواع التغليف المتقدمة تقنيات تكديس الرقائق (خاصة رقائق الذاكرة) والرقائق المدمجة، والتعبئة والتغليف على مستوى الرقاقة، والتعبئة على مستوى النظام (تجميع الرقائق الصغيرة أو الرقائق المتعددة في حزمة واحدة). تتمثل إحدى طرق التعامل مع الرقائق المنطقية في فصل وظائف IP القياسية إلى شرائح مختلفة أصغر حجمًا، تسمى "الرقائق الدقيقة"، متصلة من خلال واجهات قياسية في حزمة واحدة. تعمل الرقائق الصغيرة مع شرائح صغيرة أخرى، لذا يجب تحسين التصميمات معًا ولا يمكن تصميمها بشكل منفصل. لدى وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) والبحرية، بالإضافة إلى الجهات الفاعلة في الصناعة (AMD، وMarvell، وIntel)، عدد من المشاريع التي تستكشف هذا النهج. تعتبر التعبئة المتقدمة ذات قيمة للأمن القومي من خلال تحليل الوظيفة والسلامة والحجم والأداء البيئي لتوفير معدات قابلة للتخصيص لتطبيقات الأمن القومي الفريدة.

شكلت التغليف المتقدم 42.6٪ من القيمة الإجمالية لتغليف أشباه الموصلات في عام 2019 ومن المتوقع أن تصل إلى عام 2025. وستمثل ما يقرب من نصف سوق تغليف أشباه الموصلات بالكامل. وسيمثل ذلك معدل نمو سنوي مركب يبلغ 6.1% بين عامي 2014 و2025، مع تضاعف إيرادات التغليف الأكثر تقدمًا من 20 مليار دولار في عام 2014 إلى حوالي 42 مليار دولار في عام 2025. وهذا ما يقرب من ثلاثة أضعاف النمو المتوقع لسوق التغليف التقليدي. ، مع معدل نمو سنوي مركب متوقع يبلغ 2.2 في المائة بين عامي 2014 و 2025.

تشمل أفضل 10 شركات التعبئة والتغليف المتقدمة في العالم: شركتي IDM (Intel من الولايات المتحدة وSamsung كوريا)؛ تعد TSMC أيضًا واحدة من أفضل 10 شركات تعبئة متقدمة في العالم. تشمل أكبر خمس شركات تعبئة متقدمة OSAT في العالم ASE (تايوان)، SPIL (تايوان)، Amkor (الولايات المتحدة الأمريكية)، Powertech Technology (تايوان) وJCET (الصين). بالإضافة إلى ذلك، هناك شركتان أصغر حجمًا لـ OSAT، هما Nepes Display (كوريا) وChibond (تايوان). تقوم الشركات العشر بمعالجة حوالي ثلاثة أرباع الرقائق المعبأة المتقدمة.

يتم توفير التغليف المتقدم في الولايات المتحدة بشكل أساسي من خلال موردي IDM، بما في ذلك Intel وTexas Instruments وMicron. GlobalFoundries هو مسبك يقع مقره في الولايات المتحدة ويقدم أيضًا خدمات التعبئة والتغليف المتقدمة. بالإضافة إلى ذلك، تقدم الشركات الصغيرة، مثل Micross وSkywater وQorvo، خدمات تغليف متقدمة لتلبية الاحتياجات الدفاعية والصناعية المتخصصة.

كما ذكرنا أعلاه، في حين أن الصين لا تتمتع حاليًا بقدرات تعبئة متقدمة قوية، فإنها تعمل على تطوير قدرات تعبئة متقدمة للتعويض عن افتقارها إلى إنتاج أشباه الموصلات المتطور.

مع تزايد القدرة والطلب على التغليف المتقدم، أشارت التعليقات المقدمة ردًا على إشعار التسجيل الفيدرالي للتحقيق (NOI) إلى عدم وجود ركائز التعبئة والتغليف المتقدمة (المعتمدة على تكنولوجيا لوحات الدوائر المطبوعة) ونقاط الضعف في سلسلة التوريد المرتبطة بها في الولايات المتحدة. تنص على. يقع مورد المواد الأساسية في آسيا. وتشمل شركات الركيزة الرئيسية: إيبيدن (اليابان)، ونانيا (تايوان)، وشينكو (اليابان)، وسامسونج (كوريا)، ويونيميكرون (تايوان)، وشينان سيركيتس (الصين)، وتشوهاي يويا (الصين)، وشركة إيه كيه إم للإلكترونيات الصناعية (الصين).

بالإضافة إلى ذلك، انتقل تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى الصين، مما يجعلها سوقًا أكثر جاذبية لموردي الركيزة. تقدر شركة IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) أن الولايات المتحدة تتخلف عن آسيا بعشرين عامًا في تكنولوجيا تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة لتطبيقات الإلكترونيات من الجيل التالي، وكانت الولايات المتحدة تمثل في السابق أكثر من 20% من تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة في العالم؛ الآن يمثل أقل من 30٪

(ب) المخاطر الكبرى

استثمار الصين في التغليف المتقدم يهدد الأسواق المستقبلية:

في حين أن الصين تفتقر إلى القدرة القوية على التعبئة والتغليف المتقدمة، فقد استثمرت الحكومة الصينية بكثافة في التعبئة والتغليف المتقدمة. لقد كان التغليف المتقدم هو التركيز التكنولوجي لصناعة أشباه الموصلات في الصين على مدى السنوات القليلة الماضية، حيث يهدف مجلس الدولة إلى أن يمثل التغليف المتقدم حوالي 30 في المائة من جميع إيرادات التغليف للموردين الصينيين بحلول عام 2015. وفي يناير 2021، تم تعيين النائب الجديد لشركة SMIC وقال رئيس مجلس الإدارة إن الشركات الصينية يجب أن تركز على التغليف المتقدم للتغلب على ضعفها في تقليل عرض خط أشباه الموصلات، مما قد يشير إلى أن SMIC ستتحرك بقوة إلى التغليف المتقدم. أفاد ستيفن هيبرت، مدير التسويق الأول في شركة SEMICONDUCTOR Packaging KLA، في عام 2018 أن "... نحن نشهد استثمارات قوية في OSAT في الصين مع زيادة قدرة التغليف المتقدمة لتتناسب مع مشاريع الصناعات التحويلية الأمامية في الصين."

عدم كفاية القدرة على مواد التعبئة والتغليف المتقدمة:

تعتمد ركائز التغليف المتقدمة على تقنية لوحات الدوائر المطبوعة، والتي يتم تصنيعها في الغالب في آسيا ومعظمها في الصين. وهذا يشكل تحديًا للشركات التي تسعى إلى الاستثمار في التغليف المتقدم في الولايات المتحدة.

إن الاحتياجات الدفاعية وحدها لا تكفي للحفاظ على تكنولوجيا التعبئة والتغليف المتقدمة في الولايات المتحدة:

ويقدم عدد صغير من الشركات الأمريكية حلول التعبئة والتغليف المتقدمة للاحتياجات الدفاعية، ولا تملك هذه الشركات سوى حصة صغيرة في السوق. ومع نمو قدرات التعبئة والتغليف المتقدمة خارج الولايات المتحدة، فإنها سوف تفوق قريباً الاحتياجات الدفاعية وسوف تجتذب قوى السوق القدرات المتطورة في الخارج. وفي نهاية المطاف، فإن الكمية هي التي تدفع الابتكار والتعلم العملي؛ وبدون الحجم التجاري، لن تتمكن الولايات المتحدة من مواكبة التكنولوجيا من حيث الجودة أو التكلفة أو العمالة.

(3) ملخص

باختصار، تعتمد الولايات المتحدة على الموارد الأجنبية المتمركزة في آسيا للحصول على قدرة ATP الخلفية، مما يخلق خطر تعطل سلسلة التوريد في هذا الجزء من سلسلة التوريد. أصبح التغليف أكثر تقدمًا حيث تبحث الصناعة عن طرق جديدة للتعويض عن تعقيد أحجام الميزات الأصغر والأصغر في العقد الأكثر تقدمًا أو الأصغر حجمًا، والإنتاجية المنخفضة، والعوائد الهامشية المتناقصة. وفي حين تتمتع الولايات المتحدة وشركاؤها بقدرات تعبئة متقدمة، فإن استثمار الصين الضخم في التعبئة والتغليف المتقدمة لديه القدرة على تعطيل السوق في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك، تفتقر الولايات المتحدة إلى النظام البيئي اللازم لتطوير تقنيات التعبئة والتغليف المتقدمة.

إخلاء المسؤولية: تمت إعادة طباعة هذا المقال من "حديث مطعم السيد وانغ"، وهذا المقال يمثل فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا يمثل آراء Sakwei والصناعة، فقط لإعادة الطباعة والمشاركة، ودعم حماية حقوق الملكية الفكرية، وإعادة الطبع يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف، وفي حالة وجود انتهاك، يرجى الاتصال بنا للحذف.