1958 entwickelte Jack S. Kilby, Mitarbeiter von Texas Instruments (TI), den weltweit ersten integrierten Schaltkreis. Er verband mehrere Transistoren, Widerstände und Kondensatoren auf einem Germaniumsubstrat (Ge). Später erfand Robert Noyce den integrierten Schaltkreis auf Siliziumbasis (Si). Die meisten heutigen Halbleiteranwendungen basieren auf Silizium-basierten integrierten Schaltkreisen (den sogenannten Halbleitern der ersten Generation). Chips sind zum unverzichtbaren Bestandteil der modernen Industrie geworden.

In den Anfängen der Chipindustrie basierte alles auf dem IDM-Modell (Integrated Device Manufacturing). Intel und TI entwickelten und produzierten Chips, was es kleinen Unternehmen erschwerte, in die Chipindustrie einzusteigen.

Zhang Zhongmou, der zuvor bei TI tätig war, gründete 1987 TSMC, ein spezialisiertes Unternehmen für die Waferfertigung. Die damit einhergehende „Entkopplung“ leitete eine neue Ära der Halbleiterfertigung ein. Die Chipherstellung lässt sich in drei Phasen unterteilen: Design, Waferherstellung sowie Verpackung und Test. Designunternehmen (Fabless-Modell) können die Waferherstellung, Verpackung und den Test auslagern und sich auf Design, Vertrieb und Service konzentrieren.

Technologieveteran Dai Hui: Ich wollte schon immer eine Begebenheit aus meiner Vergangenheit erzählen, und heute hatte ich endlich die Gelegenheit dazu. Bereits 1993 führte uns Lehrer Wang Xiangfu im Rahmen eines Praktikums nach Wuxi, wo wir an einer Montagelinie Leiterplatten von Hand löteten. Jeden Morgen und Abend sah ich ein von hohen Mauern umgebenes und schwer bewachtes Gelände mit einem großen Schild, auf dem zwei Schriftzeichen prangten: Huajing. Damals fragte ich mich noch, wozu das diente. Zu dieser Zeit befand sich die 5-Zoll-3µm-Produktionslinie des Projekts 908 in vollem Gange.

Taiwans Industrie für ausgelagerte Halbleiterfertigung und -prüfung (OSAT – Outsourced Semiconductor Assembly and Testing) hat sich rasant entwickelt. ASE und Silicon Products wurden beide 1984 gegründet.

Zahlreiche Chipdesign-Unternehmen mit geringem Kapitalaufwand sind entstanden, darunter die bekannten Firmen Qualcomm und NVIDIA. Auch Festlandchina hat im Bereich des Chipdesigns der nächsten Generation große Fortschritte erzielt. Bereits 1991 produzierte Ni Guangnan von Lenovo Chips, und auch Xu Wenwei von Huawei stellte Chips her (die von Texas Instruments gefertigt wurden). Guowei wurde 1993 gegründet und entwickelte sich zum Zentrum der Chipindustrie der Militärakademie Huangpu in Shenzhen. Aktuell gibt es Tausende von Chipdesign-Unternehmen auf dem chinesischen Festland (manche sprechen sogar von Zehntausenden).

Of course, the asset-heavy IDM model has always existed, and both models have their own merits. AMD is a successful example of transforming from IDM model to FABLESS, while INTEL has always adhered to IDM and recently upgraded to IDM2.0 model, investing heavily in advanced packaging and re-entering the wafer foundry market.

Der geschlossene Beta-Prozess ist streng geheim und der Öffentlichkeit weitgehend unbekannt. Verpackung und Test können unabhängig voneinander erfolgen, entweder in einem oder in verschiedenen Werken. Das Geschäftsmodell für Verpackung und Test basiert auf der Verarbeitung mit zugestellten Materialien, und die Aufträge stammen von Halbleiterherstellern.

Die traditionelle Chip-Scale-Packaging-Methode besteht darin, den Chip nach dem Zuschneiden des Wafers in einem geschlossenen Gehäuse zu versiegeln, um ihn vor äußeren Einflüssen, Verunreinigungen und physikalischen Kräften zu schützen. Gleichzeitig werden die entsprechenden Pins (oder Pins) herausgezogen und schließlich als Basiskomponente verwendet.

Die Wafer-Level-Packaging-Technologie (WLP) verpackt und testet den gesamten Wafer und schneidet ihn anschließend zu einem einzelnen fertigen Chip. Die Größe des verpackten Chips entspricht der des unverpackten Chips.

Die IC-Prüfung nutzt verschiedene Methoden, um fehlerhafte Chipmuster zu erkennen. Sie gliedert sich im Wesentlichen in zwei Phasen: die Waferprüfung vor der Verpackung und die Prüfung der fertigen IC-Produkte nach der Verpackung. Aktuell wird auch während des Verpackungsprozesses eine Sichtprüfung durchgeführt.

The most intuitive feeling I had at SEMICON CHINA 2021 (International Semiconductor Exhibition) is that the packaging and testing industry is surging in mainland China, which has led to the rise of equipment and material groups. Many categories of equipment have domestic models, such as equipment from Zhongke Feichi, Plessin, Leiming Laser, Silicon Power, Yuexin, Acceleration, Hongtai, Hongbang, Octavia Ideal and many other companies. At present, the market share of domestic equipment is still very small, and there is huge room for future development.

Selbstverständlich werden Verpackungs- und Testtechnologien auch im Pan-Chip-Bereich (diskrete Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, LEDs, Displays und Solar-Polysilizium) eingesetzt, was in diesem Artikel jedoch nicht weiter behandelt wird. Xinqi Micropackage konzentriert sich auf Leiterplatten und Displays (FPD) sowie weitere Anwendungsgebiete.

ein,FestlandVerpackungs- und Prüfindustrie: boomend20Jahr

Zu den zehn weltweit führenden Herstellern von Halbleiterverpackungen und -tests zählen derzeit im Wesentlichen China Taiwan ASE (ohne Silicon Products und USI), American Amkor, Changdian Technology (Festlandchina), Silicon Products (Taiwan), Licheng (Taiwan), Tongfu Microelectronics (Festlandchina), Huatian Technology (Festlandchina), Singapore United Testing, KYEC Radio (Taiwan) und Xinbang Technology (Taiwan). Die drei chinesischen Marktführer Changdian Technology, Tongfu Microelectronics und Huatian Technology gehören ebenfalls zu den Top Ten.

Im Zuge des Baubooms in der Halbleiterindustrie der letzten zwei bis drei Jahre sind Hunderte von Unternehmen vom chinesischen Festland in den Bereich Verpackung und Prüfung eingestiegen. Der Gesamtanteil Festlandchinas am globalen Markt für Verpackung und Prüfung wächst stetig und wird 50 % übersteigen.Sogar Foxconn ist in den Verpackungssektor eingestiegen. Diese Zahl entspricht in etwa Chinas globalem Anteil an der Produktionskapazität für Leiterplatten (PCB) und SMD-Bauteile (Surface Mount). Allein in Festlandchina gibt es über 30,000 SMD-Produktionslinien, was mehr als der Hälfte der weltweiten Kapazität entspricht. Früher hieß es scherzhaft: Wenn es in Dongguan einen Stau gibt, schwanken die Preise für Elektronikprodukte weltweit.

It is generally believed that the level of mainland packaging and testing companies has basically synchronized with the international advanced level. The first industry in which Mainland Semiconductor will lead the world in an all-round way is most likely the packaging and testing industry.

Es wird erwartet, dass die in der kompletten Maschinenbauindustrie verwendeten Chips hauptsächlich in Festlandchina verpackt werden; die in Festlandchina verpackten Chips werden auch in großem Umfang in aufstrebende Märkte für die komplette Maschinenbauindustrie (SMT-basiert) wie Vietnam/Indien exportiert.

Mit anderen Worten: Wenn Festlandchina die Verpackungsindustrie nicht weiterentwickelt, wird die Kernposition des Festlandes in der Elektronik-Lieferkette geschwächt, nachdem ein Teil der SMT-Produktionskapazität in Zukunft verlagert wird.

Es ist erwähnenswert, dass die Lieferkette für Verpackungsmaschinen und -materialien international diversifiziert ist, mit einer starken Konzentration in Europa, den Vereinigten Staaten, Japan und Taiwan.

Festlandchina hat die Verpackungs- und Prüfindustrie energisch weiterentwickelt, was nicht nur die globale Produktionskapazität erhöht, sondern auch die Kosten für elektronische Produkte gesenkt und den Menschen auf der ganzen Welt Vorteile gebracht hat.

Die Entwicklung der Verpackungsindustrie auf dem chinesischen Festland weist folgende Schlüsselfaktoren auf.

1. Large-scale entry into the modern packaging industry around 2000, with southern Jiangsu as the center

Vor dem Jahr 2000 befand sich die Verpackungsindustrie hauptsächlich im Stadium der traditionellen Verpackung. Danach entwickelten sich fortschrittliche Verpackungstechnologien rasant, und Festlandchina hatte die Möglichkeit, aufzuholen und diese sogar zu übertreffen.

Die allgemeine Logik der industriellen Entwicklung lautet: Chinas riesiger Markt für Elektronikkonsumenten und das reichlich vorhandene Arbeitskräftepotenzial treiben die Elektronikindustrie an. Ausländische Chiphersteller lagern die Chipverpackung und -prüfung einfach nach Festlandchina aus und liefern die Chips dann direkt an die Produktionsstätten für die fertigen Maschinen. Beispielsweise ist AMDs Verpackungswerk in Suzhou eng mit der PC-Motherboard-Fertigung im Industriepark Suzhou verbunden.

Ohne die Dynamik der gesamten Maschinenbauindustrie können keine Chips hergestellt werden. Das ist mir sehr wichtig, da ich aus dem Maschinenbau komme.

Die fortschrittliche Verpackungsindustrie Festlandchinas hat ihren Sitz in der südlichen Provinz Jiangsu – dank optimaler Rahmenbedingungen, des richtigen Standorts und der richtigen Fachkräfte. Sie befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Industriepark Suzhou, zu Shanghais ODM/IDH-Unternehmen (wie Huaqin, Wingtech, Longqi usw.) und zu zahlreichen Chipdesign-Unternehmen in Zhangjiang.

Die drei großen Verpackungs- und Testunternehmen, Tongfu Micro (Joint Venture seit 1997), Changdian (umstrukturiert im Jahr 2000) und Gansu Huatian (gegründet 2003), entstanden alle aus frühen Fabriken für diskrete elektronische Bauteile.

Silicon Products gründete Ende 2002 Silicon Products Technology (Suzhou) im Industriepark Suzhou. ASE investiert seit 2002 im Shanghai Zhangjiang High-Tech Park und errichtet dort Fabriken. Jingfang Technology wurde im Juni 2005 in Suzhou gegründet und verwendet Technologie aus Israel.

2. Selbstentwickelte Nachahmer-GSM-Mobiltelefone haben zu großen Entwicklungen in der Chipdesignindustrie Festlandchinas geführt und auch die Verpackungsindustrie vorangetrieben.

Im Jahr 2000 verdoppelte sich die Zahl der GSM-Mobilfunknutzer in China auf über 100 Millionen, womit China zum größten Mobilfunkmarkt der Welt wurde. Die Mobiltelefonfabriken von Nokia in Dongguan und Samsung in Huizhou sind beide großflächig angelegt, und auch lokale Mobiltelefonmarken beginnen sich zu entwickeln.

Ab 2006, mit der Verbesserung der globalen GSM-Abdeckung (wodurch das Missverständnis, dass 3G GSM ersetzen würde, widerlegt wurde), kam eine Welle von selbstentwickelten GSM-Mobiltelefonen von weißen Marken auf den Markt.

Die lokale Chipdesignindustrie auf dem chinesischen Festland hat ebenfalls ihren ersten großen Boom erlebt, was auch der fortschrittlichen Gehäusetechnik einen großen Schub verliehen hat.

Du Zheng, CEO von Corestar, der früher bei Howe gearbeitet hat, sagte, dass CIS (CMOS-Bildsensoren) Anforderungen an Wafer, Gehäuse und Tests stellt und dass der gesamte Prozess sorgfältig ablaufen muss, um eine gute Qualität zu erreichen.

Jingfang führte Verpackungstechnologie aus Israel ein, und Howey beteiligte sich ebenfalls an der Investition. 70 % der Verpackungsproduktionskapazität der Werke von Jingfang und Huatian Kunshan wurden einst ausschließlich von Gekko Micros CIS bedient.

Auch im Bereich der Tests haben sich die CIS-Produkte verändert.

Die Bildqualität der frühen Bildsensoren von Gekewei musste mit bloßem Auge beurteilt werden. Mit dem rasanten Wachstum des Marktes für GSM-Mobiltelefone von No-Name-Herstellern expandierte Gekewei, das mit extrem kostengünstigen CIS-Sensoren (ab 100,000 Pixeln) begann, kontinuierlich. Das Unternehmen zog immer wieder in seine Räumlichkeiten in Zhangjiang um, hauptsächlich zu Testzwecken, wo sich vor allem junge Frauen aufhielten.

Hinweis: In den Anfangstagen des iPhones wurde die Kamerafunktion manuell getestet. Das Bild zeigt das „iPhone Girl“ im Jahr 2008.

Du Zheng erläuterte, dass mit der Entwicklung von Automatisierung und künstlicher Intelligenz mittlerweile leistungsstarke Automatisierungsanlagen (Handler) und KI-gestützte Erkennungsmethoden zur Verfügung stehen. Herr Miao Xiaoyong von Tongfu Microelectronics, einem Verpackungsunternehmen, stellte die Zusammenarbeit mit Xinshida im WLCSP-Verfahren (Wafer Level Chip Size Packaging) vor. Durch die Integration von Chip-Scale Packaging (CSP) und Wafer-Level Packaging (WLP) in einem einzigen Chip ergeben sich die Eigenschaften „kurz, leicht und dünn“, was dem Trend in der Unterhaltungselektronik hin zu Intelligenz und Miniaturisierung entspricht.

Lao Yao (Wang Yanhui), der Gründer von Jiwei.com, testete 2007 ebenfalls kleine Testgeräte, stellte aber später fest, dass sein Talent eher im Medienbereich lag. Dennoch verfolgte er die Branche weiterhin aufmerksam. Er sagte: „Viele Chipdesign-Unternehmen kaufen bzw. wählen Testgeräte selbst aus und integrieren sie in ihre Testproduktionslinien.“

Zufälligerweise macht Apple genau das Gleiche in seiner Produktionslinie.

3, 2014 years later, global packaging companies have consolidated, and Chinese companies have used mergers and acquisitions to enter advanced packaging and gain major customers.

Changdian Technology erwarb STATS ChipPAC aus Singapur, Tongfu Microelectronics erwarb die Verpackungs- und Testwerke von AMD in Suzhou und Penzhou, Huatian Technology erwarb die US-amerikanischen Unternehmen FCI und Unisem, und Jingfang Technology erwarb die Unternehmen Zhi Ruida und Anteryon usw.

Die künstliche Intelligenz hat sich rasant weiterentwickelt, die Gewinne von AMD sind in die Höhe geschnellt, Sus Mutter (Su Zifeng) strahlt über das ganze Gesicht, und auch Tongfu hat diesen Aufstieg mitgemacht.

4. Shenzhen Memory treibt die rasante Entwicklung von Speicherverpackungen voran.

Huaqiangbei gilt als einer der ältesten professionellen Elektronikmärkte Chinas. PC-Speichermodule zählen dort zu den gefragtesten Produkten. Hier hat auch Shenzhen Memory seinen Ursprung.

Mit der Entwicklung von Smartphones und mobilem Internet (repräsentiert durch WeChat) stieg 2014 auch der Speicherbedarf stark an, insbesondere für Fotos. Die 128 GB meines Handys reichten da nicht mehr aus. 2018 erreichte die globale Halbleiterindustrie einen Umsatz von 476.7 Milliarden US-Dollar. Speicher, als größte Halbleiterkategorie, machte dabei fast 35 % des Halbleitermarktes aus. Im selben Jahr importierte Festlandchina integrierte Schaltkreise im Wert von rund 310 Milliarden US-Dollar, davon etwa 100 Milliarden US-Dollar Speicher. Yangtze Memory und Hefei Changxin betreiben eigene Waferfabriken in Festlandchina.

Das Wachstumspotenzial für Speichermarken auf dem chinesischen Festland ist sehr gut. In Shenzhen haben sich zahlreiche namhafte Speicherhersteller wie Kintek, Creative, Acer, Longsys, Memory, Baiwei und Jiaho Jinwei (in alphabetischer Reihenfolge) angesiedelt. Shenzhen Technology (nach der Übernahme von Kingstons Payton) und Konka sind neu auf dem Markt und haben sich auf Chip- und Modulverpackungen spezialisiert.

Angetrieben von der Nachfrage nach Speicherlösungen in Shenzhen arbeiten auch Unternehmen wie Taiji Semiconductor, Changdian Technology und Tongfu Microelectronics intensiv an der Entwicklung von Speichergehäusen und Testverfahren.

Hier ist eine weitere Geschichte über die Entwicklung von Anlagen zur Herstellung von Elektronikprodukten. Im Jahr 2013 äußerten die Lagerkunden von Shenzhen Kaiyi Technology, einem Anbieter von Fertigungstechnologielösungen für die Elektronikindustrie, den Bedarf an automatisierten, integrierten Inspektionssystemen. Kaiyi wandte sich an Lieferanten in Südkorea und Japan, um entsprechende Produkte entwickeln zu lassen, wurde jedoch aufgrund der hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit und der Komplexität der Softwarealgorithmen abgelehnt. Schließlich kooperierte das Unternehmen mit dem lokalen Hersteller Shenzhen Octavia. Octavia übertrug seine langjährige Erfahrung mit SMD-Technik auf den Verpackungsprozess, um eine kontinuierliche Online-Sichtprüfung zu ermöglichen. Das System ging 2015 online und wurde für Lager- und Sensorverpackungen sowie weitere Produkte eingesetzt.

5. AIoT und Elektrofahrzeuge treiben einen neuen Aufschwung bei fortschrittlichen Verpackungen voran.

Auf der Messe SEMICON CHINA 2021 lässt sich erkennen, dass sich fortschrittliche Verpackungen und hochdichte Verpackungen rasant weiterentwickeln.

Mit der Entwicklung des AIoT-Zeitalters sind Teetrinken (automatisches Hinzufügen von Wasser zum Kochen), Rauchen (E-Zigaretten), Türen öffnen (intelligente Türschlösser), Bodenfegen (Roboter) und Lernen zu Hause (Laptops) allesamt mit einer großen Anzahl von Chips ausgestattet.

Tesla builds factory in Lingang. China has launched new infrastructure and built charging piles, and the electric vehicle and two-wheeled electric vehicle industries have developed greatly, which has brought huge demand for chips. Automotive-grade chips have high requirements for reliability and special requirements for packaging.

Die Verpackungsindustrie in China erlebt ein explosionsartiges Wachstum, und zahlreiche Unternehmen drängen auf den Markt. Ningbo hat reagiert. Das neu gegründete Unternehmen Yongsi Electronics positionierte sich direkt im Bereich fortschrittlicher Verpackungen und stieg mit rasantem Wachstum in die Riege der Branchenriesen auf. Es heißt, es zähle bereits zu den führenden Anbietern im Land.

2. Chinas Entwicklung im Bereich Verpackung und Prüfung: Die Elektronikindustrie kann China nicht ignorieren

Elektronikprodukte mit Mobiltelefonen als Kernstück sind Chinas wichtigste Exportgüter, gefolgt von Textilien. Erinnern Sie sich noch an den Witz, dass in der Anfangszeit der Reform- und Öffnungspolitik 100 Millionen Hosen gegen ein Flugzeug getauscht wurden?

Aus einer übergeordneten Perspektive betrachtet, ist der globale Kampf gegen die Epidemie untrennbar mit elektronischen Produkten verbunden; aus einer kleineren Perspektive betrachtet, gibt es viele Menschen, die ihr Mobiltelefon beim Duschen in der Hand halten!

Die Lieferkette von Elektronik- und Informationstechnologieprodukten ist äußerst komplex. Die zahlreichen Bauteile, die komplexen Software- und Hardware-Designs sowie die Prozessanforderungen spiegeln deutlich Chinas Ingenieurs- und Fertigungsvorteile wider. Daher ist dies die Branche, die sich am schwierigsten von China entkoppeln lässt. Selbst wenn sie „deglobalisiert“ wird, kann sie nicht „entsinisiert“ werden.

Der Produktionsprozess elektronischer Produkte lässt sich grob in drei Teile gliedern: Wafer, Verpackung und Fertigung der kompletten Maschine (SMT-Oberflächenmontage bildet den Kern). Der Wafer wird der Verpackungsprüfung unterzogen, und die Fertigung der kompletten Maschine schließt sich an die Basis an.

Obwohl in der Waferindustrie nur wenige Menschen beschäftigt sind, werden die technischen Bereiche fest vom Westen dominiert, und die Kluft ist deutlich. Es ist noch ein langer Weg, bis die technologische Sackgasse vollständig überwunden ist. Bemerkenswert ist, dass die USA ihre Präsenz im Bereich der Waferfertigung deutlich ausbauen. TSMC, Samsung, Intel und Global Foundries werden die Waferfertigung mit modernsten Verfahren in den USA intensiv weiterentwickeln.

Indien verkauft jährlich ein bis zweihundert Millionen Mobiltelefone und muss daher seine Fertigungsindustrie ausbauen. Die gesamte Maschinenproduktion in Festlandchina wird zwangsläufig Teile davon ins Ausland verlagern (beispielsweise verfügen Apple, Mi OV usw. bereits über Produktionskapazitäten in Indien).

Daher ist es aus strategischer Sicht notwendig, den vorgelagerten Bereich der Chipverpackung und -prüfung zu stärken. Nur so kann China weiterhin eine wichtige Rolle in der Lieferkette spielen und sicherstellen, dass die zentrale Position von „Made in China“ erhalten bleibt.

Professor Cai Zhikuang vom Nantong Packaging Research Institute der Nanjing University of Posts and Telecommunications erklärte sichtlich bewegt, dass die Verpackungen heutzutage vor allem durch ein bestimmtes Gefühl geprägt seien: „Man muss sie erst einmal riechen, dann wird sich die Wahrnehmung verändern.“ Beispielsweise würde man in einer BGA-Verpackungsproduktionslinie, wenn die Produktionskapazität für BGA-Substrate nicht ausreiche, nicht wagen, übereilt Aufträge anzunehmen. Das Land müsse daher die Investitionen erhöhen und so schnell wie möglich von der Phase der anfänglichen Skepsis zur Phase der positiven Entwicklung übergehen, damit jeder Zugang zu Substraten und jeder Haushalt über Produktionskapazitäten verfüge.

Diesmal stieß ich gleich nach Betreten der SEMICON-Messehalle auf die Stände von Shennan Circuit und Tianxin Interconnect. Die einen stellten Gehäusesubstrate her, die anderen fortschrittliche Gehäuselösungen.                                  

Der Artikel auf Jiwei.com erläutert die Gründe: Hinter dem gravierenden Mangel an Verpackungsmaterialien stehen vor allem vorgelagerte Materialien und Anlagen, die sich zu einem Engpass für die Produktionsausweitung entwickelt haben.

Leadframes sind ebenfalls ein wichtiges Verpackungsmaterial, und es mangelt auch hier an Produktionskapazität.

Die Tatsache, dass Online-Designfirmen „um Produktionskapazitäten betteln“, ist nicht unbegründet.

3. Advanced packaging: combined with wafer and SMT

1Auch fortschrittliche Verpackungstechnologien sind Spitzentechnologie.

In den frühen Entwicklungsphasen der Halbleiterindustrie galt die Halbleiterverpackung stets als Branche mit vergleichsweise niedrigen technischen Hürden und vergleichsweise hohen Arbeitskosten. Die Verpackung ist der schwierigste Teilbereich der Wertschöpfungskette integrierter Schaltungen, um Gewinne zu erzielen. Um den minimalen Gewinn pro investiertem Dollar zu erwirtschaften, sind kontinuierliche Investitionen erforderlich.

Mit steigendem Integrationsgrad von Chips wachsen auch die technischen Anforderungen an die Halbleitergehäuse, wodurch diese Technologie immer komplexer wird. Es sind unzählige fortschrittliche Gehäuseverfahren und neue Prozesse entstanden, die mich faszinieren.

Da die Komplexität von Gehäusen stetig zunimmt, hat sich die fortschrittliche Gehäusetechnik zu einer wichtigen Quelle für Produktionssteigerungen entwickelt. Zukünftig wird das Verhältnis der drei Chipbestandteile voraussichtlich 3 (Design) : 4 (Wafer) : 3 (Gehäuse) betragen.

Traditional packaging passively accepts the arrangements of chip design companies. The current trend is that chip design manufacturers increasingly need to conduct collaborative design with packaging manufacturers. In the post-Moore era, chip back-end manufacturing technology will drive the development of chips towards high performance and high density.

Auf dem Jiwei Semiconductor Summit 2019 erklärte Dad Jiang (Jiang Shangyi), dass sich die Halbleiterindustrie grundlegend verändert habe. Dies zeige sich vor allem in folgenden Aspekten: Erstens stoße das Mooresche Gesetz an seine physikalischen Grenzen, und die fortschrittlichsten Siliziumprozesse (wie 7 nm und 5 nm) könnten nur noch von wenigen Produkten mit extrem hohem Bedarf (z. B. Hauptchips für Mobiltelefone) genutzt werden. Zweitens hinke die Entwicklung der Gehäuse- und Leiterplattentechnologie hinterher und werde zunehmend zum Flaschenhals für die Systemleistung. Drittens beginne das Zeitalter der Diversifizierung von Chipdesignern, und der Markt werde nicht mehr von wenigen Herstellern dominiert. Die Auswahl geeigneter Unternehmen und deren Reintegration mithilfe fortschrittlicher Gehäuse- und Leiterplattentechnologie werde, abhängig von den unterschiedlichen Systemen und den spezifischen Bedürfnissen der einzelnen Einheiten, einer der Entwicklungstrends in der Post-Moore-Ära sein.

Zheng Li, CEO von Changdian Technology, erklärte: „Die Halbleitergehäusefertigung beschränkt sich heutzutage nicht mehr nur auf das Einbetten des Chips in das Gehäuse. Sie erfordert Dutzende von Prozessschritten für den Chip selbst, die Chipverdrahtung, die Verbindungsschnittstellen und sogar die Neuanordnung des Wafers. Anschließend müssen die Chips innerhalb desselben Gehäuses angeordnet und miteinander verbunden werden. Darüber hinaus ist eine hochdichte Vernetzung dieser Chips notwendig, um den reibungslosen Betrieb ihrer verschiedenen Funktionsmodule zu gewährleisten. Daher basiert die Gehäusefertigung nach dem Mooreschen Gesetz nicht mehr allein auf Leiterbahnbreite, Leiterbahnabstand und Integrationsgröße, sondern vielmehr darauf, wie die Systemleistung und die Integration des gesamten Mikrosystems verbessert werden können.“

2. Kombination aus Verpackung und Front-End-Waferfertigung

Es gibt überraschende Neuigkeiten: Waferhersteller wie TSMC und SMIC sind nun auch in die Wafer-Level-Packaging-Branche eingestiegen. Ursprünglich hielt ich dies für eine Bedrohung für die Packaging-Industrie, doch Changdian-CEO Zheng Li sieht darin eine positive Entwicklung. Ein Entwicklungspfad für fortschrittliches Packaging ist Wafer-Level-Packaging (WLP). Sollte sich WLP in mehrdimensionale Richtungen wie 2D, 2.5D und 3D weiterentwickeln, wird die Zusammenarbeit mit Waferherstellern unweigerlich erfolgen. Denn Waferhersteller sind in der Lage, TSV-Verfahren (Through Silicon Via) direkt auf dem Wafer durchzuführen. Im Bereich der Silizium-Transferboards können Waferhersteller auch Silizium-Interposer (Silicon Interposer) herstellen – Wafer mit hochdichter Verdrahtung. Die Packaging- und Testfabriken müssen dann den RDL-Prozess (Wafer Redistribution) durchführen und die Verdrahtung anschließend hochdicht auf Packaging- und Testebene wieder integrieren.

Branchenexperten merkten an, dass die Ausbeutequote bei High-End-Packaging und -Testing zwischen Changdian und ASE um etwa 10 % niedriger liegt als bei ASE. Eine Verbesserung dieser Differenz wird Zeit in Anspruch nehmen. Es ist jedoch denkbar, dass Packaging und Testing auf dem chinesischen Festland schneller anlaufen als die Waferfertigung in der vorherigen Phase. Geschlossene Betatests als reine Backend-Phase zu betrachten, ist längst nicht mehr zeitgemäß. Heutzutage gibt es zahlreiche Überschneidungen zwischen geschlossener Beta-Phase und Frontend. Herausforderungen gibt es überall und sie erfordern Ausdauer und Geduld!

3, fortschrittliche Gehäuse- und SMT-Oberflächenmontagekombination

Zusätzlich zur oben beschriebenen Integration in die Waferfertigung ist auch die Verpackung und Prüfung eng mit der kompletten Maschinenfertigung (SMT als Kern) verzahnt.

Um das Jahr 2015 sah ich zum ersten Mal die Vorführung eines Multi-Chip-Gehäuses, bei dem die benötigten Komponenten in einem Modul integriert wurden. Dadurch verringerte sich die Anzahl der Probleme bei der Gehäuse- und Verdrahtung, es wurde Platz gespart, die Leistung verbessert und die Kosten der gesamten Maschine gesenkt.

System-in-Package (SiP) und Oberflächenmontage (SMT) sind untrennbar miteinander verbunden. Führende Anlagenhersteller wie ASM-PT, K&S usw. produzierten ursprünglich SMT-Bestückungsautomaten. SiP kann Probleme wie Prozesskompatibilität, Signalmischung, Rauschen und elektromagnetische Störungen reduzieren, die bei der Chip-Systemintegration auftreten können.

HF-Frontend-Module für Mobiltelefone (PAMiD usw.) werden größtenteils in SiP- oder ähnlichen Verfahren gefertigt. Jia Bin von Kaiyuan Communications erklärte, dass die zunehmende Verbreitung von 5G den Einsatz von Hochfrequenzkomponenten in Mobiltelefonen deutlich erhöht hat. Werden diese Komponenten separat verpackt und anschließend auf der Leiterplatte platziert, passen sie möglicherweise nicht in das Mobiltelefon. Daher ist die Integration die beste Lösung. Die grundlegenden Fertigungsprozesse von Hochfrequenzchips wie SAW, BAW, PA, LNA und HF-Schaltern unterscheiden sich. SoC-Lösungen sind daher nicht anwendbar. Stattdessen können mehrere Chips mithilfe von System-Level-Packaging und anderen Verfahren zu Modulen zusammengefasst werden. Internationale Branchengrößen wie Skyworks, Qorvo, Avago (Übernahme von Broadcom), Qualcomm usw. praktizieren dies. Recherchen im Internet ergaben, dass es zahlreiche Hochfrequenzverfahren gibt, darunter GaAs, Bulk-Silizium-CMOS, SOI-Siliziumsubstrat, Silizium-basierte MEMS, SiGe-Silizium-Germanium usw.

Das Kameramodul und das Fingerabdruckerkennungsmodul nutzen die COB-Technologie (Chip-on-Board). Der Chip ist nicht verkapselt, sondern wird direkt in die Rohlinge (Dies) geschnitten, wodurch Bonding und andere Verpackungsprozesse auf die Modulphase verschoben werden.

Der gängige „Kuhscheiß-Chip“ wird ebenfalls im COB-Verfahren hergestellt. Der blanke Chip wird mithilfe von Bonding-Anlagen auf der Leiterplatte fixiert und anschließend mit Epoxidharzkleber versiegelt. Danach werden weitere Bauteile im SMT-Verfahren (Self-Mount Technology) angebracht, und die Leiterplatte ist fertig. Genau so funktioniert die Anruferkennungs-Steuerplatine eines Telefons. Die goldenen Drahtkreise stellen die vielen Bonddrähte dar, die den Chip umgeben.

Hinweis: Bedienfeld des CID-Telefons (fotografiert von Autor Dai Hui in Tianxunlong)

4. Fortschrittliche Verpackung: Patentstreitigkeiten

Unweigerlich wird es auch im Verpackungsbereich Patentstreitigkeiten geben. Herr Mark, Leiter des IP-Beratungsgeschäfts von Jiweiwang, schilderte einen typischen Fall des Streits zwischen chinesischen und ausländischen Unternehmen um Verpackungspatente, der aus der MEMS-Mikrofonindustrie stammte.

Das amerikanische Unternehmen Knowles, das als erstes die MEMS-Technologie in der Mikrofonherstellung einsetzte, um herkömmliche Elektrete zu ersetzen, meldete im Jahr 2000 ein grundlegendes Gehäusepatent an. Auf der Grundlage dieses Patents leitete Knowles im Jahr 2006 Patentverletzungsklagen gegen die amerikanische Firma Akustica, die singapurische Firma Memstech, die amerikanische Firma ADI, die britische Firma Wolfson, die südkoreanische Firma Baoxing, die amerikanische Firma Amkor und die Firma Goertek vom chinesischen Festland ein und leitete sogar eine Untersuchung gemäß Paragraph 337 ein.

Mainland MEMS microphone manufacturer AAC signed a patent licensing agreement with Knowles early on to avoid patent litigation. However, heavy patent licensing fees have also become a reality that mainland companies have to face. In contrast, the industrial chain in Taiwan, China, pays more attention to circumventing Knowles's U.S. patent. Led by the Taiwan Industrial Research Institute, in conjunction with major electroacoustic manufacturers such as Meilu, at least seven patents have been deployed around Knowles' packaging patent to circumvent it. However, it was precisely because of the excessive emphasis on avoiding Knowles' basic patents that Taiwan, China's originally advantageous semiconductor manufacturing advantages were not brought into play in the field of MEMS microphones, missing market opportunities, and ultimately becoming mainland China's AAC and Goertek.

fünf,versiegelnPackAusrüstung:„Der Aufstieg der Gruppe“

Ich habe den Aufstieg von Telefon- und programmgesteuerten Vermittlungsanlagen, Mobilkommunikations- und Mobilfunkbranchenverbänden miterlebt und auch den Aufstieg von Verbänden in der Chipindustrie auf dem chinesischen Festland vorangetrieben. Der Begriff „Aufstieg von Verbänden“ ist am treffendsten, wenn er auf die Verpackungs- und Prüfgeräteindustrie angewendet wird.

Auf der SEMICONChina 2021 konnte ich die Lokalisierung vieler Kategorien von Verpackungs- und Prüfgeräten beobachten. Das Verpackungssegment umfasst Schleifen, Schneiden (DICING), Die Bonding (Kristallbonden), Wire Bonding (Drahtbonden) und weitere wichtige Anlagenbereiche.

Die Entwicklung inländischer Ausrüstung wird sehr hilfreich sein, um Monopole abzubauen, Kosten zu senken, die Leistung zu verbessern und die Effizienz zu steigern.

Auf der Verpackungskonferenz 2020 in Tianshui sagte Hua Tianxiao Shengli, dass Verpackungs- und Prüfunternehmen dem Prinzip der Kooperation statt des Wettbewerbs folgen, aktiv den Aufbau inländischer Ausrüstung und Materialien fördern und die Testplattform schrittweise vervollständigen sollten.

Der Einsatz heimischer Ausrüstung zur Aufhebung des Monopols westlicher Ausrüstung kann die Kosten effektiv senken, was sich insbesondere bei der Verpackung zeigt.

Xinqi Micro Devices, which has just been listed on the Science and Technology Innovation Board, has filled the gap in domestic maskless lithography equipment. Its direct-write lithography equipment serves the PCB (printed circuit board) and pan-semiconductor (FPD display) fields, and is planning direct-write lithography equipment for wafer-level packaging (WLP). After the listing, the stock price skyrocketed, and the entire semiconductor sector also experienced a rise (hopefully not just a rebound).

Anmerkung: Autor Dai Hui und Qu Lujie, leitender Wissenschaftler von Xinqi Micro Devices, am Stand

In terms of die bonding machines, Dongguan Plessin once filled the gap in domestic linear IC-level die bonding machines (DIE BOND).

Wang Lin from Beyond Moore Fund contributed a case: Leiming Laser launched laser grooving + laser hidden cutting equipment with performance comparable to that of Western companies, breaking the market monopoly.

6. Testausrüstung: „Der Aufstieg der Gruppen“

Die Testausrüstung umfasst im Wesentlichen die Sortiermaschine Handler für Chip-Level-Tests, die Probestation Probe für Wafer-Level-Tests und die automatische Testmaschine ATE.

Die Lokalisierung von Testgeräten bietet große Chancen. Neue Prozesse erfordern individuelle Anpassungen, und einheimische Geräte können in einem Arbeitsgang eingesetzt werden, um höhere Effizienz und bessere Leistung zu erzielen.

Shenzhen Silicon Electric ist ein Hersteller von Prüfstationen und Sortiermaschinen.

Note: Author Dai Hui and Professor Hu Hong of Harbin Institute of Technology at the silicone booth

Zhang Yue, CEO von Yuexin Technology, stellte mir das Hauptprodukt, Speichertestgeräte, vor, bei denen viel Wert auf hohe Effizienz, Konsistenz und Stabilität gelegt wurde.

Accelerate Technology bringt eine leistungsstarke, automatische ATE-Testmaschine mit künstlicher Intelligenz auf den Markt.

Hinweis: Autor Dai Hui und Wu Gang, CEO von Acceleration Technology, am Stand

Shaoxing Hongbang präsentierte eine Vielzahl von Prüf- und Sortiermaschinen für elektrische Geräte. Ich krempelte die Ärmel hoch und probierte sie aus.

Hinweis: Die von Shaoxing Hongbang ausgestellte Prüfmaschine für diskrete Bauelemente zeigt …

Nanjing Hongtai Semiconductor displayed a series of semiconductor ATE automated testing products. In 2019, it wholly acquired Japan's Azurtest Co., Ltd. (Azurtest), which is famous for analog testing technology.

Hinweis: Hongtai Semiconductor stellt die Mixed-Signal-Testmaschine MS8000 aus.

Auch verwandte Dienstleistungsunternehmen entwickeln sich. Shanghai Jifeng Electronics bietet Dienstleistungen wie Materialanalyse, Fehleranalyse und Zuverlässigkeitszertifizierung an.

Sieben,Verpackungsmaterialien:stetige Entwicklung

Auch im Bereich der Werkstoffe holt Festlandchina auf, beispielsweise bei Substraten und Leadframes, bei denen kürzlich über eine Änderung der Grundfarbe diskutiert wurde.

Die Elektronikindustrie verwendet große Mengen des Edelmetalls Gold, hauptsächlich für die Drahtbondierung von Gehäusen. Die Branche fördert weiterhin den Einsatz von Kupfer (oder sogar Aluminium) als Ersatz für Gold in immer mehr Anwendungsbereichen, und auch chinesische Unternehmen haben hierzu bereits viel unternommen.

Shenzhens Chipfertigungsindustrie entwickelt sich langsamer als in manchen anderen chinesischen Städten, daher plant die Stadt, in einigen Bereichen aufzuholen. Ab 2020 will Shenzhen die Entwicklung einer neuen Generation von Informations- und Kommunikationstechnologien vorantreiben. Bi Yalei, Generalsekretär der Shenzhen Robot Association, erklärte, dass die Akademie der Wissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften am 30. Dezember 2020 das Shenzhen International Innovation Institute of Advanced Electronic Materials (im Folgenden „Institut für elektronische Materialien“) in Bao’an gegründet hat. Dieses Institut konzentriert sich auf hochwertige, fortschrittliche elektronische Gehäusematerialien und hat sich zum Ziel gesetzt, die lokale Produktion dieser Materialien zu fördern und so einen Durchbruch zu erzielen.

8. Der wahre „Kern“-Held: Vergiss den ursprünglichen „Kern“ nicht und häufe Tausende von Kilometern Silizium an

Herr Ding Wenwu, der Leiter des Nationalen Fonds für Integrierte Schaltungen, veröffentlichte ein Lied mit dem Titel „Wahre Chip-Helden“, in dem er die Kerngefühle vieler Chip-Experten zum Ausdruck brachte: Lasst uns unsere Kerntechnologien nutzen, um gemeinsam Chinas Kerntraum zu verwirklichen; lasst unsere Kerntechnologien wie die Sterne und das Meer sein und die Welt miteinander vernetzen und interaktiv gestalten.

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