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Les fils de liaison pour semi-conducteurs servent de conducteurs de connexion électrique entre les puces et les circuits externes et constituent des matières premières de base essentielles dans les processus d'encapsulation traditionnels tels que les circuits intégrés semi-conducteurs, les dispositifs discrets, les capteurs et l'optoélectronique.

Ce rapport de recherche effectue une analyse prospective du développement et des perspectives d'avenir de l'industrie des fils de liaison pour semi-conducteurs en 2019, à partir des quatre principales applications d'encapsulation des circuits intégrés, des dispositifs semi-conducteurs discrets, des semi-conducteurs de puissance et des dispositifs optoélectroniques.

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Situation actuelle du fil de liaison domestique1

1. État actuel du marché de l'emballage et des tests

Selon les données publiées par la Semiconductor Industry Association (SIA) américaine, les ventes mondiales de semi-conducteurs en 2019 s'élevaient à 100 millions de dollars américains, soit une baisse d'environ 12.1 % par rapport à 2018, et le premier recul depuis de nombreuses années. Cependant, contrairement à ce repli du marché mondial des semi-conducteurs, le marché chinois de l'encapsulation et des tests de semi-conducteurs, leader mondial, résiste à cette tendance et affiche une croissance. D'après les statistiques de la branche encapsulation de la China Semiconductor Industry Association, le secteur chinois de l'encapsulation et des tests de circuits intégrés a connu une croissance modérée en 2019. Son chiffre d'affaires est passé de 196.56 milliards de yuans en 2018 à 206.73 milliards de yuans, soit une augmentation de seulement 5.2 % sur un an. Le marché chinois des matériaux d'encapsulation de semi-conducteurs a quant à lui atteint 35.986 milliards de yuans, soit une hausse de 8.8 % sur un an.

2. Demande du marché des fils de liaison

Composant essentiel des matériaux d'encapsulation et de test des semi-conducteurs, l'industrie des fils de connexion est inévitablement impactée, à l'échelle mondiale, par le ralentissement général de la croissance du marché des semi-conducteurs. Cependant, en Chine continentale, malgré la croissance défavorable du secteur de l'encapsulation et du test des semi-conducteurs, et notamment face à l'essor du marché de l'encapsulation des LED, la demande de fils de connexion reste forte. En 2019, la demande totale de fils de connexion pour l'encapsulation des semi-conducteurs sur le marché intérieur chinois s'élevait à 17.4 milliards de mètres, soit une augmentation de 6.7 % par rapport à 2018.

1. Demande intérieure de fils de liaison pour circuits intégrés

Selon les données publiées par les organisations industrielles concernées et les statistiques incomplètes recueillies auprès des fabricants nationaux, le nombre d'emballages de circuits intégrés en Chine a atteint 160 milliards d'unités en 2019, et la demande totale de fils de liaison était d'environ 8.5 milliards de mètres.

2. Situation de la demande en fils de connexion pour les composants discrets semi-conducteurs en Chine

En 2019, la Chine comptait 806.8 milliards de composants semi-conducteurs discrets encapsulés, pour une demande totale de 2 milliards de mètres de fils de connexion. Le développement rapide du transport ferroviaire à grande vitesse et des véhicules électriques a entraîné une forte croissance de la demande en composants haute puissance. Bien que moins importante que celle des composants basse puissance, cette demande contribue néanmoins à la croissance du marché des fils de connexion.

3. Demande de fils de liaison pour l'encapsulation des LED

Le volume de production de dispositifs optoélectroniques, tels que les LED, est en forte croissance. En 2019, la production chinoise de perles de LED, de modules d'éclairage spéciaux, de modules de communication optique, de récepteurs et émetteurs infrarouges, de LED ultraviolettes, de MiniLED et d'autres dispositifs optoélectroniques émergents, encapsulés localement, a atteint 2 600 milliards d'unités, et la demande en fils de connexion s'élevait à 6.8 milliards de mètres.

3. Répartition et caractéristiques de l'industrie chinoise du fil de connexion

1. caractéristiques de la répartition géographique de la production

   
   

   
   

   La Chine est un important pays producteur de fils de connexion pour semi-conducteurs à l'échelle mondiale. Qu'il s'agisse de marques étrangères ou nationales, on y trouve plus de 20 usines spécialisées de toutes tailles. Le fil de connexion étant un matériau essentiel pour le conditionnement des semi-conducteurs, il existe de nombreuses catégories de produits, des applications complexes, des exigences de qualité élevées et sa fabrication présente des difficultés techniques et des procédés spécifiques. Peu d'entreprises chinoises proposent une gamme complète de fils de connexion. Leurs produits sont généralement limités ou d'entrée de gamme, et leur production est répartie de manière assez dispersée. Les spécificités régionales sont peu marquées. En comparaison, en termes de taille, d'historique et de rayonnement commercial, les fabricants étrangers détiennent toujours la majorité des parts de marché. Le Shandong est la principale région productrice de fils de connexion en Chine. Il abrite plusieurs des plus grands fabricants traditionnels du pays, tels que Yantai Yinuo, Heraeus et Zhaojin Lifu, qui couvrent plus de 30 % de la demande nationale. Parmi elles, Yantai Yinuo Electronics est une entreprise nationale dotée de capacités de recherche et développement indépendantes et de la plus grande capacité de production parmi les entreprises de marques entièrement financées par des capitaux nationaux. Du fait de la concentration de l'industrie de l'encapsulation des semi-conducteurs dans le Jiangsu, le Zhejiang et Shanghai, l'industrie du fil de connexion a également connu un développement rapide ces dernières années, devenant ainsi, avec le Shandong, un autre pôle majeur de production de fil de connexion en Chine. Les fabricants traditionnels de fil de connexion comprennent MKE, Tanaka, Nippon..., qui transforment principalement des produits semi-finis de marques étrangères. Ces dernières années, de nouveaux fabricants nationaux ont progressivement émergé, tels que Jiangsu Jincan Electronic Technology Co., Ltd. On trouve également des fabricants situés dans le nord, le sud et le sud-ouest de la Chine, comme Guangzhou Jiabo Electronics, Guangdong Junma Technology, Shenzhen Youfu Electronics (Sichuan Weiner), etc., de taille relativement modeste ou spécialisés dans un seul type de produit.

2. Répartition de la demande du marché

Actuellement, la demande de fils de connexion est principalement concentrée dans le delta du Yangtsé, le delta de la rivière des Perles et la région de la baie de Bohai. Ces dernières années, les régions du sud-ouest et du nord-ouest ont connu une adaptation et une modernisation industrielles rapides dans le domaine de l'encapsulation des semi-conducteurs, et sont progressivement devenues des zones importantes pour la demande de fils de connexion. Les entreprises chinoises d'encapsulation et de test, traditionnellement concentrées dans le delta du Yangtsé, le delta de la rivière des Perles et les régions de Pékin-Tianjin et de la baie de Bohai, se sont étendues aux régions du centre et de l'ouest, adoptant ainsi une approche quadripartite. Les régions du centre et de l'ouest, notamment Xi'an, Wuhan, Chengdu et Chongqing, ont fait de l'industrie des circuits intégrés un axe stratégique de développement, et l'industrie de l'encapsulation y a connu une croissance considérable.

La région du delta du Yangtsé est principalement axée sur le conditionnement de circuits intégrés semi-conducteurs. Elle abrite de nombreux fabricants internationaux de renom spécialisés dans ce domaine (Changdian Technology, Tongfu Microelectronics, ASE, Amkor, Silicon Precision, UTAC, etc.). Elle représente le plus important marché d'application des fils de connexion en Chine, couvrant plus de 70 % de la demande intérieure totale. Ces dernières années, l'industrie du conditionnement de LED dans le Zhejiang et le nord du Jiangsu a également connu une croissance rapide, entraînant une augmentation de la demande en fils de connexion.

Le Jiangxi, le delta de la rivière des Perles (Guangdong) et le Fujian constituent les principales régions de production de l'industrie chinoise de l'encapsulation de LED. On y trouve de nombreuses usines de fabrication d'encapsulation de LED parmi les plus importantes au monde (Mulinsen, Nationstar Optoelectronics, Hongli, Changfang, Jufei, Ruifeng, Tiandian, etc.). La production d'encapsulation y atteint même des niveaux comparables à ceux de certaines grandes usines d'encapsulation de circuits intégrés. Au total, on compte plus de 1 000 usines d'encapsulation de LED, de toutes tailles. Par ailleurs, le sud de la Chine abrite également de nombreuses entreprises nationales renommées spécialisées dans l'encapsulation de circuits intégrés (Saifa, Qipai Technology, Fumman Group, Foshan Blue Arrow, etc.) ainsi que de nombreuses entreprises d'encapsulation de composants discrets semi-conducteurs. La demande de fils de connexion représente le deuxième marché le plus important après l'est de la Chine.

Les régions du nord-ouest et du sud-ouest sont dominées par Tianshui Huatian Technology, l'une des trois principales entreprises chinoises d'encapsulation et de test de circuits intégrés. Ces dernières années, Chongqing, le Sichuan et d'autres régions ont également accéléré leur développement stratégique dans le secteur des semi-conducteurs. Le marché de l'encapsulation des semi-conducteurs est en forte croissance et la demande en fils de connexion est en hausse.

En outre, la région de la mer de Bohai entre Pékin et Tianjin est également un marché où se concentrent l'encapsulation de circuits intégrés à grande échelle et l'encapsulation de dispositifs optoélectroniques de renom (Beijing Vixon Semiconductor, Tianjin Freescale, Intel, Tianjin Vishay Semiconductor, Dalian AUK, Beijing Yimeixinguang...).

3 catégories de produits

En termes de matériaux de base, quatre principaux types de fils de connexion sont couramment utilisés sur le marché : les fils d’or, de cuivre, d’argent et d’aluminium. Selon leur composition et leur structure, on distingue principalement les fils d’or pur, les fils en alliage or-argent (également appelés fils à haute teneur en or), les fils en alliage d’argent, les fils de cuivre pur, les fils en alliage de cuivre, les fils de cuivre palladié, les fils de cuivre-palladium (revêtement multicouche), les fils d’argent plaqués or, les fils d’aluminium pur et les fils en silicium-aluminium. Chaque type de fil de connexion présente des performances différentes et son utilisation dépend du secteur de l’emballage.

Le fil d'or pour la liaison occupe toujours une place prépondérante sur le marché haut de gamme grâce à son excellente stabilité chimique et à ses procédés de fabrication très efficaces. Il est actuellement principalement utilisé dans les circuits intégrés haut de gamme, les modules pour dispositifs militaires, les produits d'éclairage LED haute puissance, les systèmes de rétroéclairage pour téléviseurs et téléphones portables LED, les modules de communication optique, les tubes émetteurs-récepteurs infrarouges et les modules de caméras. En 2019, le fil d'or pour la liaison a été progressivement remplacé par des fils de cuivre et d'argent moins coûteux dans de nombreuses applications, et sa part de marché est passée de 50 % à 33 %.

Les fils de cuivre pour la connexion ont complètement remplacé les fils de connexion traditionnels dans le conditionnement des composants discrets semi-conducteurs il y a de nombreuses années, et se sont progressivement imposés dans le conditionnement général des circuits intégrés. Les produits RGB pour écrans LED gagnent également en popularité. Les dernières statistiques de 2019 montrent que la part de marché des fils de cuivre représente près de 25 % du marché total des fils de connexion.

Dérivés des fils de cuivre, les fils de cuivre palladiés s'imposent comme la norme pour les fils de connexion grâce à leur résistance accrue à la corrosion et à leurs excellentes propriétés de soudage secondaire. Avec la maturation de cette technologie, sa part de marché dans les circuits intégrés et les boîtiers LED ne cesse de croître. Les dernières statistiques font état de plus de 29 %. À l'avenir, la poursuite de la maturation de cette technologie, la demande croissante de réduction des coûts et la généralisation des applications dans les boîtiers LED contribueront à l'expansion continue des fils de cuivre et des fils de cuivre palladiés utilisés pour la connexion.

Le fil d'argent (ou fil d'alliage d'argent) pour le brasage connaît une progression rapide dans la fabrication de divers dispositifs d'éclairage LED et de certains boîtiers de circuits intégrés plats de petite taille, grâce à ses excellentes performances de liaison et à son coût avantageux. Avec la maturation de cette technologie et l'optimisation continue des procédés d'application, ses applications se généraliseront, notamment dans le domaine des dispositifs d'éclairage LED basse consommation, où il occupera progressivement une place prépondérante. En 2019, la part de marché du fil d'argent pour le brasage dépassait les 10 %.

La gamme de fils d'aluminium liés se divise en deux types : les fils d'aluminium pur et les fils silicium-aluminium. Ils sont principalement utilisés dans les semi-conducteurs de puissance (IGBT, MOSFET, UPS, triodes de puissance), les tubes électroniques LED et les sources lumineuses COB. Avec le développement du transport ferroviaire, des lignes à grande vitesse, de l'aérospatiale et de la construction navale, et l'essor des industries à forte intensité de courant telles que les systèmes de propulsion navale, les réseaux intelligents, les énergies nouvelles, la conversion de fréquence, l'éolien et les véhicules électriques, les IGBT, produits emblématiques de la troisième révolution technologique dans le domaine des dispositifs de puissance, sont largement utilisés. Le marché des fils d'aluminium pur devrait conserver une forte croissance en 2019. Outre leur utilisation dans les tubes électroniques traditionnels et certains circuits intégrés à encapsulation souple, les fils silicium-aluminium ont également trouvé leur place ces deux dernières années avec le développement du secteur des véhicules électriques. Les tableaux de bord automobiles à affichage numérique constituent également un nouveau débouché pour les fils silicium-aluminium. De plus, le fil d'aluminium collé trouve de plus en plus d'applications dans les cartes mémoire ces dernières années grâce à ses excellentes propriétés de collage et à sa grande résistance à l'humidité. Récemment, un nouveau type de bande d'aluminium aux performances supérieures s'est largement imposé dans certains produits haut de gamme, devenant une alternative performante au fil d'aluminium traditionnel.

4. Analyse des données des principaux fabricants de fils de liaison en Chine (classés par différents types de fils de liaison)

5. Amélioration des capacités d'innovation technologique

Actuellement, les fabricants chinois de fils de connexion ont surmonté les obstacles et se positionnent à la pointe mondiale de l'innovation et de l'amélioration des fils de connexion économiques : fils de cuivre et fils de cuivre-palladium argentés. Ils sont notamment devenus des leaders du secteur pour les fils en alliage de cuivre et d'argent à haute fiabilité. À cet égard, Yantai Yinuo Electronics est le leader parmi ses concurrents chinois. D'autres fabricants chinois de fils de connexion ont également commencé à accroître leurs investissements et à développer leurs marchés en misant sur l'innovation et l'amélioration de nouveaux fils de connexion économiques.

6 Analyse du marché

Matière première essentielle, le fil de connexion est étroitement lié au développement de l'industrie du packaging des semi-conducteurs. En 2019, les tensions commerciales sino-américaines ont fortement impacté l'économie mondiale, et plus particulièrement le secteur des semi-conducteurs. Le marché du packaging des semi-conducteurs subit un ralentissement économique persistant, et son taux de croissance global a diminué. Fin 2019, le packaging des circuits intégrés bénéficiait d'une période d'adaptation, ce qui a limité l'impact direct des tensions commerciales. Cependant, le packaging des LED a été fortement affecté par ces tensions. Bien que le marché du fil de connexion continue de croître, la demande réelle est bien inférieure aux prévisions. Par ailleurs, la part des fils de connexion à bas coût, tels que les fils de cuivre et d'argent, qui remplacent les fils d'or, augmente, entraînant une hausse de l'offre, mais une baisse significative des ventes. Cette évolution est inévitable dans le contexte de la réduction des coûts des matériaux de packaging des semi-conducteurs.

De plus, dans certains domaines, les technologies d'encapsulation avancées sans câblage remplacent progressivement les procédés traditionnels de soudage par fil, ce qui devrait à terme réduire la taille du marché du câblage. Bien que cette pression sur la croissance du marché soit une réalité pour tous les acteurs du secteur, son impact devrait rester limité à court terme.

Problèmes 7

Du fait de la spécificité de ses produits, l'industrie du fil de connexion dispose de peu de marge de progression et de développement. Son développement repose davantage sur le soutien de l'industrie de l'emballage en amont, ce qui la rend vulnérable. Une étude de marché approfondie, basée sur les retours d'expérience des professionnels du secteur, a permis d'identifier les problèmes suivants pour l'ensemble de l'industrie du fil de connexion :

Bien que les produits en fil de cuivre collé et en fil d'argent collé présentent des avantages en termes de coût, leurs performances nécessitent encore des avancées et des améliorations.

La plupart des fabricants nationaux de fils de connexion accordent peu d'importance à la recherche et au développement, voire n'en possèdent aucune. Ils ont l'habitude de procéder par tâtonnements, forçant la commercialisation de produits encore imparfaits. De ce fait, les clients du secteur de l'emballage perdent souvent confiance dans les fils de connexion de marques nationales, ce qui nuit à la pérennité des entreprises. 

La concurrence débridée sur le marché et les prix irrationnels des produits entravent le développement sain des entreprises.

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Tendances et perspectives de développement

L'industrie mondiale des semi-conducteurs traverse une période de transition. La loi de Moore touche à sa fin et les coûts augmentent, incitant le secteur à miser sur le conditionnement des circuits intégrés pour accroître sa rentabilité au-delà de cette période. Par conséquent, les procédés de conditionnement évolueront vers des normes plus sophistiquées et de pointe, sous l'impulsion d'une demande croissante d'intégration, du ralentissement de la loi de Moore et de mégatendances telles que les transports, la 5G, l'électronique grand public, le stockage et le calcul, l'Internet des objets (y compris l'Internet des objets industriel), l'intelligence artificielle (IA) et le calcul haute performance (HPC). La miniaturisation, la complexité et l'intégration des dispositifs deviendront des tendances majeures. Afin de s'adapter à l'évolution des produits électroniques vers la miniaturisation, la finesse, l'intelligence et la haute fiabilité, de nouvelles technologies de conditionnement des semi-conducteurs continuent d'émerger. Ces nouvelles technologies imposent des exigences plus élevées aux fils de connexion, stimulant ainsi la production de nouveaux matériaux de liaison, ce qui favorise à son tour le développement des technologies de conditionnement. Ces deux aspects se complètent et contribuent à l'essor de l'industrie du conditionnement des semi-conducteurs.

1 Tendance en matière de développement de produits

Faibles coûts : Alors que les produits électroniques numériques sont pleinement entrés dans l’ère des faibles marges bénéficiaires, l’industrie de l’emballage et du test des semi-conducteurs, en tant que maillon amont de la chaîne d’approvisionnement, est confrontée à une pression accrue sur les coûts, et le choix de produits de câblage à bas coût est devenu un choix inévitable.

Haute fiabilité : Bien que les fils de cuivre et d’argent soudés aient permis de résoudre le problème du coût, les inconvénients de ces métaux, tels que leur faible résistance à la corrosion et la formation rapide de composés intermétalliques, se font inévitablement sentir dans les applications. Par conséquent, la production et le développement de produits économiques et hautement fiables constituent l’axe principal des efforts des fabricants de fils soudés.

Grande maniabilité : Afin de réduire les coûts, les entreprises d’emballage exigent une efficacité de collage toujours plus élevée pour leurs produits de câblage. L’amélioration de la maniabilité de ces produits est devenue un axe de recherche et développement majeur pour les fabricants.

Diamètre de fil ultra-fin et haute résistance : Avec la miniaturisation croissante des puces, l’amincissement et l’allègement des produits finaux, et l’augmentation des fréquences de fonctionnement, l’utilisation de fils de connexion à diamètre ultra-fin est fortement encouragée. L’espacement toujours plus faible entre les fils de connexion exige une force de liaison et une capacité de formation d’arc supérieures. Parallèlement, la généralisation et le développement des boîtiers multi-puces empilées imposent aux fils de connexion une résistance accrue pour répondre aux exigences de fonctionnement des arcs de faible longueur.

Protection de l'environnement : Garantir la protection de l'environnement des produits doit être un objectif prioritaire pour les produits de câblage.

2. Principales orientations de recherche et développement en matière de technologies de produits.

1. Orientation de la recherche et du développement des produits en fil d'or collé

Pas fin, diamètre de fil fin, faible longueur d'arc, haute résistance, résistance aux hautes températures et alliages : avec l'évolution des circuits intégrés et des composants discrets vers des boîtiers multi-broches, une intégration élevée et une miniaturisation accrue, le câblage en fil d'or exige des pas plus fins et des distances de connexion plus longues, ainsi que des exigences plus strictes concernant les zones affectées thermiquement. La recherche sur des produits à diamètre de fil ultra-fin, ultra-haute résistance, résistance aux hautes températures, faible longueur d'arc et meilleures performances de formation d'arc demeure un axe de recherche majeur pour les produits de câblage en fil d'or. Par ailleurs, dans un souci de réduction des coûts, la production de fils d'alliage d'or aux propriétés similaires à celles de l'or pur, grâce à des solutions d'alliage, constitue également une piste de recherche et développement.

2. Orientation de la recherche et du développement du collage de fils de cuivre et de fils de cuivre plaqués palladium

Résistance à l'oxydation, alliage et ductilité : la sensibilité à l'oxydation et la dureté excessive du fil de cuivre ont toujours constitué les principaux obstacles à son utilisation. Améliorer la résistance à l'oxydation des matériaux à base de cuivre, réduire leur dureté, accroître leur ténacité et optimiser la soudabilité secondaire sont les axes de développement des produits en fil de cuivre soudé. Améliorer la soudabilité des joints brasés avec du fil de cuivre palladié, la qualité du bobinage et l'adhérence uniforme de la couche de palladium superficielle représentent les axes de recherche prioritaires pour les entreprises.

3. Orientation du développement produit du fil d'argent collé

Alliage réduit, haute fiabilité, résistance à la sulfuration et à la fatigue, et ténacité accrue : face aux exigences de réduction des coûts et d’amélioration de la conductivité électrique, l’alliage réduit est la tendance actuelle pour le soudage des fils d’argent. Comment garantir de bonnes propriétés mécaniques, améliorer la fiabilité, la résistance à la sulfuration et à la fatigue, et maximiser la ténacité du produit grâce à cet alliage réduit ? C’est l’axe de recherche et développement futur des entreprises.

4. Orientation du développement produit du fil d'aluminium collé

Amélioration de la fiabilité, demande croissante pour les bandes d'aluminium et leurs applications : les exigences d'application des fils d'aluminium collés sont spécifiques et la demande d'innovation relativement faible, mais de nouveaux défis se présentent : pour améliorer la fiabilité des produits, les fabricants existants exigent que le fil de liaison ne se dessoude pas lors du retrait ; de nombreux procédés de fabrication de puces nécessitent un fil d'aluminium ultra-souple afin d'éviter d'endommager les zones de soudure sensibles ou les puces fragiles ; l'utilisation de rubans d'aluminium se généralise ; les batteries de véhicules électriques requièrent une technologie de liaison par fil d'aluminium épais, et les IGBT sont extrêmement répandus. Il est donc nécessaire de poursuivre l'innovation et le développement des fils d'aluminium collés afin d'améliorer leur résistance à la corrosion et la fiabilité de la soudure et de s'adapter à l'évolution du marché.

3 Perspectives du marché

Affectée par le contexte international marqué par les tensions commerciales sino-américaines et la pandémie de COVID-19, la tendance à la baisse du secteur des semi-conducteurs sera plus marquée en 2020. Cependant, grâce à la poursuite de la mise en œuvre de la stratégie nationale de réponse, l'industrie des semi-conducteurs devra composer avec des pressions et des opportunités, et le secteur des fils de connexion poursuivra son développement et progressera malgré les défis et les opportunités.

Conclusion 4

Quelles que soient les fluctuations du marché, miser sur l'innovation indépendante, bâtir des fondations solides, consolider ses acquis et progresser avec constance est la seule voie possible pour assurer le développement sain de l'industrie nationale des semi-conducteurs. En tant que maillon essentiel de la chaîne de valeur de cette industrie, le secteur des fils de connexion doit lui aussi s'adapter, saisir les opportunités et viser l'excellence.  

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