En 1958, Jack S. Kilby, employé chez Texas Instruments (TI), a mis au point avec succès le premier circuit intégré au monde en connectant plusieurs transistors, résistances et condensateurs sur un substrat de germanium (Ge). Par la suite, Robert Noyce a inventé le circuit intégré à base de silicium (Si). La plupart des applications actuelles des semi-conducteurs reposent sur des circuits intégrés à base de silicium (les semi-conducteurs de première génération). Les puces sont devenues le pilier de l'industrie moderne.

À ses débuts, l'industrie des semi-conducteurs reposait entièrement sur le modèle IDM (Integrated Device Manufacturing). Intel et TI concevaient et fabriquaient les puces, ce qui rendait difficile l'entrée sur le marché pour les petites entreprises.

Zhang Zhongmou, ancien de TI, a fondé TSMC, une fonderie spécialisée dans les semi-conducteurs, en 1987. Le « découplage » des activités a marqué le début de l'ère des fonderies de semi-conducteurs. La production de puces se divise en trois étapes : conception, fabrication des plaquettes et encapsulation/test. Les sociétés de conception (modèle Fabless) peuvent externaliser la fabrication des plaquettes, l'encapsulation et les tests, et se concentrer sur la conception, la vente et le service après-vente.

Dai Hui, vétéran du secteur technologique, j'ai toujours voulu partager une anecdote de mon passé, et aujourd'hui j'en ai enfin l'occasion. En 1993, notre professeur, Wang Xiangfu, nous a emmenés en stage à Wuxi, où nous soudions manuellement des circuits imprimés sur une chaîne de montage. Chaque matin et chaque soir, je voyais un complexe entouré de hauts murs et lourdement gardé, avec une grande enseigne portant l'inscription « Huajing ». À l'époque, je me demandais encore à quoi cela servait. C'est alors que la ligne de production de semi-conducteurs 5 pouces 3 µm du Projet 908 était en pleine construction.

L'industrie taïwanaise de l'assemblage et du test externalisés de semi-conducteurs (OSAT, Outsourced Semiconductor Assembly and Testing) a connu un développement rapide. ASE et Silicon Products ont toutes deux été créées en 1984.

D'innombrables entreprises de conception de puces à faible intensité capitalistique ont vu le jour, telles que les célèbres Qualcomm et NVIDIA, et la Chine continentale a également réalisé des progrès considérables dans le domaine de la conception de puces de nouvelle génération. En 1991, Ni Guangnan (Lenovo) et Xu Wenwei (Huawei) fabriquaient des puces (produites par Texas Instruments). Guowei a été fondée en 1993 et ​​est devenue l'équivalent de l'Académie militaire de Huangpu pour l'industrie des semi-conducteurs de Shenzhen. On compte actuellement des milliers d'entreprises de conception de puces en Chine continentale (certains parlent de dizaines de milliers).

Bien sûr, le modèle IDM, fortement dépendant des actifs, a toujours existé, et les deux modèles présentent leurs avantages. AMD illustre la réussite de sa transition du modèle IDM au modèle FABLESS, tandis qu'Intel, fidèle au modèle IDM, a récemment migré vers le modèle IDM 2.0, investissant massivement dans le packaging avancé et réintégrant le marché de la fonderie de semi-conducteurs.

Le processus de bêta fermée est confidentiel et méconnu du public. En réalité, le conditionnement et les tests peuvent être réalisés indépendamment, dans une même usine ou dans des usines différentes. Le conditionnement et les tests fonctionnent selon un modèle économique basé sur la sous-traitance de matériaux, les commandes provenant de fabricants de semi-conducteurs.

Le conditionnement traditionnel à l'échelle de la puce consiste à sceller la puce après la découpe de la plaquette dans un espace clos (boîtier) afin de la protéger des influences extérieures, des impuretés et des contraintes physiques. Simultanément, les broches correspondantes sont extraites et utilisées comme composant de base.

La technologie d'encapsulation au niveau de la plaquette (Wafer Level Packaging) consiste à encapsuler et tester la totalité de la plaquette, puis à la découper pour obtenir une puce finie. La taille de la puce encapsulée est identique à celle de la puce nue.

Les tests de circuits intégrés utilisent diverses méthodes pour détecter les puces non conformes. Ils se divisent principalement en deux étapes : le test des plaquettes avant l’encapsulation et le test des circuits intégrés finis après encapsulation. Actuellement, un contrôle visuel est également effectué lors de l’étape d’encapsulation.

Ce qui m'a le plus frappé lors de SEMICON CHINA 2021 (Salon international des semi-conducteurs), c'est l'essor fulgurant du secteur de l'encapsulation et des tests en Chine continentale, qui a entraîné la multiplication des fabricants d'équipements et de matériaux. De nombreuses catégories d'équipements sont disponibles en version locale, notamment celles proposées par Zhongke Feichi, Plessin, Leiming Laser, Silicon Power, Yuexin, Acceleration, Hongtai, Hongbang, Octavia Ideal et bien d'autres. Actuellement, la part de marché des équipements chinois reste encore très faible, laissant entrevoir un potentiel de croissance considérable.

Bien entendu, les technologies d'encapsulation et de test sont également utilisées dans le domaine des composants intégrés (composants discrets tels que résistances, condensateurs et inductances, LED, écrans et cellules solaires en polysilicium), mais ce sujet ne sera pas abordé dans cet article. Xinqi Micropackage se concentre sur les circuits imprimés et les écrans (FPD), entre autres.

un,continentIndustrie de l'emballage et des tests : en plein essor20Année

Actuellement, les dix principaux fabricants mondiaux de solutions d'encapsulation et de test de semi-conducteurs sont principalement composés de China Taiwan ASE (hors Silicon Products et USI), de l'américain Amkor, de Changdian Technology (Chine continentale), de Silicon Products (Taïwan), de Licheng (Taïwan), de Tongfu Microelectronics (Chine continentale), de Huatian Technology (Chine continentale), de Singapore United Testing, de KYEC Radio (Taïwan) et de Xinbang Technology (Taïwan). Les « Trois Mousquetaires » chinois, Changdian Technology, Tongfu Microelectronics et Huatian Technology, figurent parmi les dix premiers.

Au cours des deux ou trois dernières années, marquées par un essor considérable de l'industrie des semi-conducteurs, des centaines d'entreprises chinoises se sont lancées dans le secteur de l'encapsulation et des tests. La part de la Chine continentale dans le marché mondial de l'encapsulation et des tests ne cesse de croître et devrait dépasser les 50 %.Même Foxconn s'est lancé dans le secteur de l'emballage. Ce chiffre est comparable à la part de la Chine dans la production mondiale de circuits imprimés (PCB), de cartes nues et de composants CMS (montage en surface). La Chine continentale compte plus de 30 000 lignes de production CMS, soit plus de la moitié du total mondial. Une plaisanterie circulait : si un embouteillage se forme à Dongguan, le prix des produits électroniques fluctue dans le monde entier.

Il est généralement admis que le niveau des entreprises chinoises spécialisées dans l'emballage et les tests s'est considérablement aligné sur les standards internationaux. Le premier secteur où les semi-conducteurs chinois domineront le marché mondial de manière globale sera très probablement celui de l'emballage et des tests.

Les puces utilisées dans l'industrie de la fabrication de machines complètes devraient être essentiellement conditionnées en Chine continentale ; les puces conditionnées en Chine continentale sont également exportées à grande échelle vers les marchés émergents de la fabrication de machines complètes (basés sur la technologie SMT) tels que le Vietnam et l'Inde.

Autrement dit, si la Chine continentale ne développe pas l'industrie de l'emballage, sa position centrale dans la chaîne d'approvisionnement électronique sera affaiblie après la délocalisation future d'une partie des capacités de production SMT.

Il convient de souligner que la chaîne d'approvisionnement en équipements et matériaux d'emballage est diversifiée à l'échelle internationale, avec une forte accumulation en Europe, aux États-Unis, au Japon et à Taïwan.

La Chine continentale a développé avec vigueur l'industrie de l'emballage et des tests, ce qui a non seulement augmenté la capacité de production mondiale, mais a également réduit le coût des produits électroniques et apporté des avantages aux populations du monde entier.

Le développement de l'industrie de l'emballage en Chine continentale s'articule autour des nœuds clés suivants.

1. Entrée à grande échelle dans l'industrie moderne de l'emballage vers l'an 2000, avec le sud du Jiangsu comme centre névralgique.

Avant 2000, le secteur était principalement axé sur l'emballage traditionnel. Par la suite, l'emballage avancé s'est développé rapidement, offrant à la Chine continentale l'opportunité de rattraper son retard et même de le dépasser.

La logique générale du développement industriel est la suivante : l’immense marché de consommation de produits électroniques en Chine et l’abondance de sa main-d’œuvre stimulent l’industrie électronique. Les entreprises de semi-conducteurs à capitaux étrangers se contentent d’envoyer l’assemblage et les tests des puces en Chine continentale, puis ces dernières sont directement expédiées aux usines d’assemblage final. Par exemple, l’usine d’assemblage d’AMD à Suzhou est étroitement liée à l’industrie de fabrication de cartes mères pour PC du parc industriel de Suzhou.

Sans le dynamisme de toute l'industrie mécanique, la fabrication de puces est impossible. C'est un point essentiel pour moi, car je viens d'un milieu entièrement dédié à la mécanique.

L'industrie de l'encapsulation avancée en Chine continentale est implantée dans le sud du Jiangsu, bénéficiant d'une situation géographique, temporelle et humaine idéale. Elle se trouve à proximité du parc industriel de Suzhou, des entreprises ODM/IDH de Shanghai (telles que Huaqin, Wingtech et Longqi) et d'un grand nombre de sociétés de conception de puces à Zhangjiang.

Les trois principales sociétés d'emballage et de test, Tongfu Micro (entreprise commune en 1997), Changdian (restructurée en 2000) et Gansu Huatian (créée en 2003), ont toutes été développées sur la base d'anciennes usines de composants électroniques discrets.

Silicon Products a créé Silicon Products Technology (Suzhou) dans le parc industriel de Suzhou fin 2002. ASE a investi et installé des usines dans le parc de haute technologie de Shanghai Zhangjiang depuis 2002. Jingfang Technology a été créée à Suzhou en juin 2005, avec une technologie originaire d'Israël.

2. Les téléphones mobiles GSM contrefaits, conçus de manière artisanale, ont engendré un grand développement dans l'industrie de la conception de puces en Chine continentale et ont également stimulé l'industrie de l'emballage.

En 2000, le nombre d'utilisateurs de téléphones mobiles GSM en Chine a doublé pour atteindre plus de 100 millions, faisant du pays le premier marché mondial de la téléphonie mobile. Les usines de Nokia à Dongguan et de Samsung à Huizhou sont toutes deux de grande envergure, et des marques locales de téléphones mobiles commencent également à se développer.

À partir de 2006, avec l'amélioration de la couverture GSM mondiale (mettant fin à l'idée fausse selon laquelle la 3G remplacerait le GSM), une vague de téléphones mobiles GSM de marque blanche, conçus par leurs propres fabricants, a déferlé.

L'industrie locale de conception de puces en Chine continentale a également connu sa première explosion majeure, ce qui a également donné un formidable coup de pouce au packaging avancé.

Du Zheng, PDG de Corestar, qui a travaillé chez Howe, a déclaré que la technologie CIS (capteur d'image CMOS) impose des exigences en matière de plaquettes, d'emballage et de tests, et que l'ensemble du processus doit être maîtrisé pour atteindre une bonne qualité.

Jingfang a importé une technologie d'emballage d'Israël, et Howey a également participé à l'investissement. Auparavant, 70 % de la capacité de production d'emballages des usines Jingfang et Huatian Kunshan était assurée exclusivement par Gekko Micro CIS.

En ce qui concerne les tests, les produits CIS ont également subi une transformation.

Le contrôle qualité des premiers capteurs d'image de Gekewei était entièrement manuel. Face à l'essor rapide du marché des téléphones mobiles GSM génériques, Gekewei, initialement spécialisée dans les capteurs d'image à très bas coût (jusqu'à 100 000 pixels), a poursuivi son expansion. L'entreprise a déménagé à plusieurs reprises dans ses locaux de Zhangjiang, principalement pour des tests, et ces locaux sont fréquentés par de jeunes femmes.

Remarque : Au début de l’iPhone, la fonction appareil photo était testée manuellement. La photo montre la « fille iPhone » en 2008.

Avec le développement de l'automatisation et de l'intelligence artificielle, Du Zheng a indiqué qu'il existe désormais des équipements d'automatisation performants (manipulateurs) et des méthodes de détection par IA. M. Miao Xiaoyong, de Tongfu Microelectronics, une entreprise spécialisée dans l'encapsulation, a expliqué que son entreprise collabore avec Xinshida sur le procédé WLCSP (encapsulation de puces à l'échelle de la plaquette). En intégrant l'encapsulation à l'échelle de la puce (CSP) et l'encapsulation à l'échelle de la plaquette (WLP), la puce obtenue présente les caractéristiques suivantes : « petite, légère et fine », ce qui correspond à la tendance de l'électronique grand public vers l'intelligence et la miniaturisation.

Lao Yao (Wang Yanhui), fondateur de Jiwei.com, a également testé de petits équipements en 2007, mais s'est rendu compte par la suite qu'il avait plus de talent pour les médias. Il a toutefois toujours gardé un œil sur ce secteur. Il a déclaré : « De nombreuses entreprises de conception de puces achètent ou sélectionnent elles-mêmes leurs équipements de test et les intègrent à leur chaîne de production. »

Par coïncidence, Apple fait la même chose sur sa chaîne de production.

3, 20Quatorze ans plus tard, les entreprises mondiales d'emballage se sont consolidées et les entreprises chinoises ont eu recours aux fusions-acquisitions pour pénétrer le marché de l'emballage de pointe et conquérir d'importants clients.

Changdian Technology a acquis STATS ChipPAC de Singapour, Tongfu Microelectronics a acquis les usines d'emballage et de test d'AMD à Suzhou et Penzhou, Huatian Technology a acquis les sociétés FCI et Unisem aux États-Unis, et Jingfang Technology a acquis les sociétés Zhi Ruida et Anteryon, etc.

L'intelligence artificielle s'est considérablement développée, les bénéfices d'AMD ont explosé, la mère de Su (Su Zifeng) affiche un large sourire, et Tongfu a également suivi cette ascension.

4. Shenzhen Memory est un moteur du développement rapide des solutions d'emballage de stockage.

Huaqiangbei est le premier marché de l'électronique professionnelle en Chine. Les modules de mémoire pour PC y figurent parmi les produits les plus demandés. C'est également là que Shenzhen Memory a vu le jour.

En 2014, avec le développement des smartphones et de l'Internet mobile (représenté par WeChat), la demande en stockage a explosé, notamment pour les photos, et les 128 Go de mon téléphone portable se sont avérés insuffisants. En 2018, le marché mondial des semi-conducteurs a atteint 476.7 milliards de dollars américains. La mémoire, principale catégorie de semi-conducteurs, représente près de 35 % de ce marché. Cette année-là, la Chine continentale a importé pour environ 310 milliards de dollars américains de circuits intégrés, dont près de 100 milliards de dollars américains de mémoire. Yangtze Memory et Hefei Changxin possèdent leurs propres usines de fabrication de plaquettes en Chine continentale.

Le potentiel de croissance des marques de mémoire chinoises est excellent. Shenzhen regroupe de nombreuses entreprises de renom dans ce secteur, telles que Kintek, Creative, Acer, Longsys, Memory, Baiwei et Jiaho Jinwei (sans ordre de préférence). Shenzhen Technology (qui a racheté Payton, filiale de Kingston) et Konka sont désormais présentes sur ce marché. Ces entreprises se sont spécialisées dans l'encapsulation de puces et de modules.

Poussées par la demande de mémoire à Shenzhen, des entreprises telles que Taiji Semiconductor, Changdian Technology et Tongfu Microelectronics travaillent également d'arrache-pied au développement de solutions de conditionnement et de test pour le stockage.

Voici une autre histoire concernant l'utilisation d'équipements domestiques. En 2013, les clients de Shenzhen Kaiyi Technology, fournisseur de solutions technologiques de fabrication pour l'industrie électronique, ont exprimé le besoin d'inspections automatisées en continu. Kaiyi a sollicité des fournisseurs sud-coréens et japonais pour développer des produits adaptés, mais leurs propositions ont été rejetées en raison des exigences élevées en matière de précision de mesure et de la complexité des algorithmes logiciels. Finalement, Kaiyi s'est associé au fabricant local Shenzhen Octavia. Fort de son expertise en SMT, Octavia a transposé le processus d'emballage pour proposer une inspection visuelle continue en ligne. Déployée à partir de 2015, cette solution a été appliquée aux systèmes de stockage, aux emballages de capteurs et à d'autres produits.

5. L'IAoT et les véhicules électriques entraînent une nouvelle vague d'essor dans le domaine des emballages avancés.

Lors du salon SEMICON CHINA 2021, on a pu constater que les emballages avancés et les emballages haute densité se développent rapidement.

Avec le développement de l'ère de l'IAoT, boire du thé (ajout automatique d'eau pour faire bouillir l'eau), fumer (cigarettes électroniques), ouvrir des portes (serrures intelligentes), balayer le sol (robots) et étudier à la maison (ordinateurs portables) sont tous équipés d'un grand nombre de puces.

Tesla implante une usine à Lingang. La Chine a déployé de nouvelles infrastructures et construit des bornes de recharge, et les secteurs des véhicules électriques et des deux-roues électriques ont connu un essor considérable, engendrant une forte demande en puces. Les puces destinées à l'automobile doivent répondre à des exigences élevées en matière de fiabilité et d'intégration.

L'industrie de l'emballage connaît une croissance fulgurante en Chine, attirant de nombreuses entreprises. Ningbo a su saisir cette opportunité. La jeune entreprise Yongsi Electronics s'est positionnée d'emblée sur le marché de l'emballage de pointe et a rapidement rejoint le cercle des géants du secteur. Elle figure déjà parmi les entreprises les plus performantes du pays.

2. Développement du conditionnement et des tests en Chine continentale : l’industrie électronique ne peut ignorer la Chine

Les produits électroniques, notamment les téléphones portables, constituent le principal poste d'exportation de la Chine, suivis par le textile. Vous souvenez-vous encore de la blague selon laquelle 100 millions de pantalons étaient échangés contre un seul avion au début des réformes et de l'ouverture ?

D'un point de vue global, la lutte mondiale contre l'épidémie est indissociable des produits électroniques ; d'un point de vue plus restreint, nombreuses sont les personnes qui utilisent leur téléphone portable sous la douche !

La chaîne d'approvisionnement des produits de technologies de l'information et de la communication (TIC) est extrêmement complexe. La multitude de composants, la complexité des conceptions logicielles et matérielles, ainsi que les exigences de processus témoignent clairement du savoir-faire chinois en matière d'ingénierie et de production. C'est pourquoi ce secteur est le plus difficile à déconnecter de la Chine. Même « déglobalisé », il ne peut être « désinisé ».

Le processus de production des produits électroniques se divise en trois grandes étapes : la fabrication des plaquettes, l’encapsulation et l’assemblage final (la technologie de montage en surface SMT en étant l’élément central). Les plaquettes sont ensuite soumises à des tests d’encapsulation, puis à l’assemblage final.

Bien que le secteur des semi-conducteurs emploie peu de personnes, les aspects techniques restent fortement contrôlés par l'Occident, et le fossé est évident. Le chemin à parcourir pour résoudre complètement le problème de la dépendance technologique est encore long. Il convient de noter que les États-Unis renforcent leur position dans la fabrication de semi-conducteurs. TSMC, Samsung, Intel et GlobalFoundries développeront activement la production de semi-conducteurs grâce aux procédés les plus avancés aux États-Unis.

L'Inde vend chaque année entre 100 et 200 millions de téléphones portables et doit donc impérativement développer son industrie manufacturière. La production complète de machines en Chine continentale sera inévitablement en partie délocalisée (par exemple, Apple, Xiaomi, etc., possèdent déjà des capacités de production en Inde).

Par conséquent, d'un point de vue stratégique, il est nécessaire de renforcer le secteur de l'encapsulation et des tests des puces en amont. C'est la seule façon pour la Chine de conserver son rôle essentiel dans la chaîne d'approvisionnement et de garantir le maintien de la position centrale du « Fabriqué en Chine ».

Le professeur Cai Zhikuang, de l'Institut de recherche sur l'emballage de Nantong (Université des postes et télécommunications de Nanjing), a déclaré avec émotion que la principale préoccupation concernant les emballages actuellement est qu'« on change d'avis après avoir senti leur odeur ». Par exemple, sur une ligne de production d'emballages BGA, si la capacité de production de substrats BGA est insuffisante, on n'osera pas accepter de commandes à la légère. Le pays doit accroître ses investissements et passer au plus vite de la phase de « réticence face aux fondamentaux » à celle de « dynamisme face aux fondamentaux », afin que chacun ait accès aux substrats et que chaque foyer dispose des capacités de production nécessaires.

Cette fois-ci, dès mon entrée dans le hall d'exposition de SEMICON, je suis tombé sur les stands de Shennan Circuit et de Tianxin Interconnect. L'un fabriquait des substrats d'encapsulation, l'autre des solutions d'encapsulation avancées.                                  

L'article de Jiwei.com explique les raisons de cette situation : la grave pénurie de supports d'emballage est due à un manque de matières premières et d'équipements en amont, ce qui freine l'expansion de la production.

Le cadre de connexion est également un matériau d'emballage important, et les capacités de production font également défaut.

Le fait que les entreprises de design en ligne « implorent des capacités de production » n'est pas sans fondement.

3. Conditionnement avancé : combinant plaquettes et composants CMS

1L'emballage avancé est également une technologie de pointe

Aux débuts de l'industrie des semi-conducteurs, le conditionnement a toujours été considéré comme un secteur aux barrières techniques relativement faibles et aux coûts de main-d'œuvre relativement élevés. Le conditionnement est le segment le plus difficile à rentabiliser au sein de la chaîne de valeur de l'industrie des circuits intégrés. Il nécessite des investissements croissants et constants pour obtenir un gain marginal.

Avec l'augmentation du niveau d'intégration des puces, les exigences techniques en matière de conditionnement des semi-conducteurs deviennent de plus en plus élevées, transformant ainsi cette technologie en un domaine bien plus complexe. L'apparition de toutes sortes de solutions de conditionnement avancées et de nouveaux procédés est impressionnante.

Face à la complexité croissante des boîtiers, les technologies d'encapsulation avancées sont devenues un levier important d'augmentation de la production. À l'avenir, la répartition des trois composantes d'une puce devrait être la suivante : 3 (conception) : 4 (plaquette) : 3 (encapsulation).

Les solutions d'emballage traditionnelles acceptent passivement les choix des concepteurs de puces. Or, la tendance actuelle est à la collaboration accrue entre les fabricants de puces et les fabricants d'emballages. Après l'arrêt Moore, les technologies de fabrication des composants de la puce seront le moteur du développement de puces toujours plus performantes et denses.

Lors du Jiwei Semiconductor Summit 2019, Dad Jiang (Jiang Shangyi) a souligné les profondes mutations qui affectent l'industrie des semi-conducteurs. Celles-ci se manifestent principalement par les points suivants : premièrement, la loi de Moore a atteint ses limites physiques, et les procédés de gravure du silicium les plus avancés (7 nm, 5 nm, etc.) ne sont plus utilisés que pour un nombre très restreint de produits à très forte demande (comme les puces principales de téléphones mobiles) ; deuxièmement, les progrès en matière de technologies d'encapsulation et de circuits imprimés sont relativement en retrait, ce qui constitue progressivement un goulot d'étranglement pour les performances des systèmes ; troisièmement, l'ère de la diversification des fabricants de puces (sociétés de conception) s'annonce, et le marché ne sera plus l'apanage de quelques constructeurs seulement. L'une des tendances majeures de l'ère post-Moore sera la sélection des composants les plus adaptés aux différents systèmes et aux besoins spécifiques de chaque unité, ainsi que leur réintégration grâce à des technologies d'encapsulation et de circuits imprimés avancées.

Zheng Li, PDG de Changdian Technology, a déclaré : « L’encapsulation des semi-conducteurs aujourd’hui ne se limite plus à l’insertion de la puce dans un boîtier. Elle requiert également des dizaines d’étapes : câblage interne, interfaces d’interconnexion, voire réorganisation de la plaquette. Ensuite, certaines puces doivent être disposées et interconnectées au sein d’un même boîtier, parfois même à haute densité, afin de permettre à leurs différents modules fonctionnels de fonctionner de manière intégrée. Ainsi, à l’ère post-loi de Moore, l’encapsulation ne se résume plus à la largeur et à l’espacement des lignes, ni à la taille d’intégration, mais vise avant tout à améliorer les performances et l’intégration de l’ensemble du microsystème. »

2,Combinaison de l'encapsulation et de la fabrication de plaquettes frontales

Une nouvelle surprenante : les fabricants de semi-conducteurs comme TSMC et SMIC se lancent désormais dans l’encapsulation au niveau de la plaquette. J’y voyais initialement une menace pour le secteur de l’encapsulation, mais Zheng Li, PDG de Changdian, y voit en réalité une opportunité. L’encapsulation au niveau de la plaquette (WLP) représente une voie de développement pour l’encapsulation avancée. Si cette technique continue d’évoluer dans plusieurs directions, comme la 2D, la 2.5D et la 3D, une collaboration avec les fabricants de semi-conducteurs deviendra inévitable. En effet, ces derniers sont capables de réaliser la fabrication de vias traversants (TSV) directement sur la plaquette. Concernant les cartes de transfert de silicium, les usines de semi-conducteurs peuvent également produire des interposeurs en silicium, c’est-à-dire des plaquettes à interconnexions haute densité. L’usine d’encapsulation et de test doit ensuite effectuer le processus de redistribution de la plaquette (RDL), puis réintégrer les interconnexions haute densité au niveau de l’encapsulation et du test.

Les experts du secteur ont constaté un écart d'environ 10 % dans le rendement des tests et du conditionnement haut de gamme entre Changdian et ASE, un écart qui nécessitera du temps pour être comblé. Cependant, il est probable que le développement des tests et du conditionnement en Chine continentale soit plus rapide que celui de la fabrication de plaquettes à l'étape précédente. Il n'est plus question de considérer les tests bêta fermés comme une étape secondaire. Aujourd'hui, les interactions entre les tests bêta fermés et les opérations de production sont nombreuses. Les défis sont omniprésents et exigent persévérance et patience.

3, combinaison avancée d'encapsulation et de montage en surface SMT

Outre l'intégration avec la fabrication de plaquettes décrite ci-dessus, l'emballage et les tests sont également étroitement intégrés à la fabrication complète des machines (SMT comme élément central).

Aux alentours de 2015, j'ai vu pour la première fois la démonstration d'un boîtier multi-puces, intégrant les composants nécessaires dans un module, réduisant ainsi le nombre de problèmes d'encapsulation et de câblage, économisant de l'espace, améliorant les performances et réduisant le coût de l'ensemble de la machine.

Les technologies SiP (System-in-Package) et SMT (Surface Mount) sont indissociables. Les principaux fabricants d'équipements, tels qu'ASM-PT et K&S, ont initialement conçu des machines de placement SMT. Les SiP permettent de réduire les problèmes de compatibilité de processus, de mélange de signaux, d'interférences et de perturbations électromagnétiques rencontrés lors de l'intégration de systèmes sur puce.

Les modules frontaux RF pour téléphones mobiles (PAMiD, etc.) utilisent majoritairement la technologie SiP ou des procédés similaires. Jia Bin, de Kaiyuan Communications, a déclaré que la démocratisation de la 5G a entraîné une augmentation du nombre de composants radiofréquences intégrés aux téléphones mobiles. Si ces composants sont conditionnés séparément puis placés sur la carte PCB pour le raccordement, le téléphone risque de ne pas pouvoir les accueillir correctement. Il est donc préférable de les intégrer. Les procédés de fabrication des puces radiofréquences de base, telles que les SAW, BAW, PA, LNA et les commutateurs RF, sont différents. Les solutions SoC ne sont pas envisageables. En revanche, plusieurs puces peuvent être conditionnées dans des modules grâce à l'encapsulation au niveau système et d'autres procédés. De grands acteurs internationaux comme Skyworks, Qorvo, Avago (acquis par Broadcom) et Qualcomm utilisent cette approche. Mes recherches en ligne ont révélé l'existence de nombreux procédés radiofréquences, tels que le GaAs, le CMOS sur silicium massif, le silicium sur substrat isolant SOI, les MEMS à base de silicium et le silicium-germanium SiGe.

Le module caméra et le module de reconnaissance d'empreintes digitales utilisent la technologie COB (Chip on Board). La puce n'est pas encapsulée et est directement découpée en tranches nues (Dies), les opérations de collage et autres processus d'encapsulation étant reportées à l'étape du module.

La puce COB (Cow Swet Chip) classique utilise également ce procédé. La puce nue est fixée sur le circuit imprimé à l'aide d'un équipement de collage, puis enduite de résine époxy. Les autres composants sont ensuite fixés par le procédé SMT (Super-Mechanical System), et le circuit imprimé est ainsi formé. C'est le principe de fonctionnement de la carte de contrôle d'identification de l'appelant pour les téléphones. Les cercles de fil d'or correspondent aux nombreux fils de collage qui entourent la puce.

Note : Panneau de commande du téléphone CID (photographié par l'auteur Dai Hui à Tianxunlong)

4. Emballage avancé : litiges en matière de brevets

Inévitablement, des batailles de brevets auront également lieu dans le domaine de l'emballage. M. Mark, responsable du département de conseil en propriété intellectuelle de Jiweiwang, a cité un exemple classique de conflit entre entreprises chinoises et étrangères concernant les brevets d'emballage, issu du secteur des microphones MEMS.

La société américaine Knowles, qui a été la première à appliquer la technologie MEMS à la fabrication de microphones pour remplacer les électrets traditionnels, a déposé une demande de brevet d'emballage de base en 2000. Sur la base de ce brevet, Knowles a lancé des poursuites pour contrefaçon de brevet contre l'American Akustica, le Singapore Memstech, l'American ADI, le British Wolfson, le South Korean Baoxing, l'American Amkor et le continent chinois Goertek en 2006, et a même lancé une enquête 337.

Le fabricant chinois de microphones MEMS AAC a signé très tôt un accord de licence de brevet avec Knowles afin d'éviter un litige. Cependant, les coûts élevés de ces licences sont devenus une réalité à laquelle les entreprises chinoises doivent faire face. À l'inverse, la chaîne industrielle taïwanaise s'attache davantage à contourner le brevet américain de Knowles. Sous l'égide de l'Institut de recherche industrielle de Taïwan, en collaboration avec d'importants fabricants d'électronique comme Meilu, au moins sept brevets ont été utilisés pour contourner le brevet d'encapsulation de Knowles. Or, c'est précisément cette priorité excessive accordée au contournement des brevets fondamentaux de Knowles qui a empêché Taïwan de tirer pleinement parti de ses atouts initiaux en matière de fabrication de semi-conducteurs dans le domaine des microphones MEMS, privant ainsi le marché d'opportunités et le transformant finalement en l'équivalent chinois d'AAC et de Goertek.

cinq,scellerPACKl'équipements:« L'ascension du groupe »

J'ai été témoin de l'essor des groupes industriels liés à la téléphonie et aux commutateurs programmables, aux communications mobiles et à la téléphonie mobile, et j'ai également contribué à l'émergence de groupes dans l'industrie des semi-conducteurs en Chine continentale. Le terme « essor de groupes » est particulièrement approprié lorsqu'il s'agit du secteur des équipements d'encapsulation et de test.

Lors du salon SEMICONChina 2021, j'ai pu constater la localisation de nombreuses catégories d'équipements d'emballage et de test. L'emballage comprend le meulage, la découpe, le collage de puces (collage cristallin), le câblage et d'autres équipements clés.

Le développement des équipements nationaux contribuera grandement à démanteler les monopoles, à réduire les coûts, à améliorer les performances et à accroître l'efficacité.

Lors de la conférence sur l'emballage de 2020 qui s'est tenue à Tianshui, Hua Tianxiao Shengli a déclaré que les entreprises d'emballage et de test devraient adhérer au concept de coopération plutôt que de concurrence, cultiver activement la construction d'équipements et de matériaux nationaux et achever progressivement la plateforme de test.

L'utilisation d'équipements nationaux pour briser le monopole des équipements occidentaux peut permettre de réduire efficacement les coûts, ce qui est évident dans le domaine de l'emballage.

Xinqi Micro Devices, récemment cotée sur le Marché chinois de l'innovation scientifique et technologique, a comblé le manque d'équipements de lithographie sans masque en Chine. Ses équipements de lithographie directe sont destinés aux circuits imprimés (PCB) et aux écrans plats (FPD), et la société prévoit de développer des équipements de lithographie directe pour l'encapsulation au niveau de la plaquette (WLP). Suite à son introduction en bourse, le cours de son action a grimpé en flèche, entraînant une hausse générale du secteur des semi-conducteurs (espérons-le, pas un simple rebond).

Note : L'auteur Dai Hui et Qu Lujie, scientifique en chef de Xinqi Micro Devices, sur le stand.

En matière de machines de collage de puces, Dongguan Plessin a autrefois comblé le vide dans le domaine des machines de collage de puces linéaires au niveau des circuits intégrés (DIE BOND) en Chine.

Wang Lin, du Beyond Moore Fund, a présenté un cas : Leiming Laser a lancé un équipement de rainurage laser et de découpe laser invisible aux performances comparables à celles des entreprises occidentales, brisant ainsi le monopole du marché.

6. Matériel de test : « L’essor des groupes »

L'équipement de test comprend principalement la machine de tri Handler pour les tests au niveau de la puce, la station de sondage Probe pour les tests au niveau de la plaquette et la machine de test automatique ATE.

Il existe de formidables opportunités pour la localisation des équipements de test. Les nouveaux procédés engendrent des besoins de personnalisation, et l'utilisation d'équipements locaux peut permettre, en une seule étape, d'atteindre une efficacité et des performances accrues.

Shenzhen Silicon Electric est un fabricant de stations de palpage et de machines de tri.

Note : L'auteur Dai Hui et le professeur Hu Hong de l'Institut de technologie de Harbin au stand du silicone

Zhang Yue, PDG de Yuexin Technology, m'a présenté le produit phare, l'équipement de test de mémoire, qui a fait l'objet d'un travail considérable en matière d'efficacité, de cohérence et de stabilité.

Accelerate Technology lance une machine de test automatique ATE haute performance, combinée à l'intelligence artificielle.

Note : L'auteur Dai Hui et le PDG d'Acceleration Technology, Wu Gang, étaient présents sur le stand.

Shaoxing Hongbang exposait diverses machines de test et de tri pour appareils électriques. Je me suis mis au travail et je les ai essayées.

Remarque : Machine de test de composants discrets exposée par Shaoxing Hongbang

Nanjing Hongtai Semiconductor a présenté une série de produits de test automatisés pour semi-conducteurs (ATE). En 2019, elle a acquis la totalité du capital de la société japonaise Azurtest Co., Ltd. (Azurtest), réputée pour ses technologies de test analogiques.

Remarque : Hongtai Semiconductor présente la machine de test de signaux mixtes MS8000

Des sociétés de services connexes se développent également. Shanghai Jifeng Electronics propose des services tels que l'analyse des matériaux, l'analyse des défaillances et la certification de fiabilité.

Sept,Matériaux d'emballage:développement constant

Dans le domaine des matériaux, la Chine continentale rattrape également son retard, notamment en ce qui concerne les substrats et les cadres conducteurs, pour lesquels un changement de couleur de base a récemment été évoqué.

L'industrie électronique utilise de grandes quantités d'or, un métal précieux, principalement pour le câblage des boîtiers. Elle encourage de plus en plus l'utilisation du cuivre (voire de l'aluminium) pour remplacer l'or dans de nombreuses applications, et les entreprises chinoises ont également beaucoup œuvré dans ce sens.

L'industrie de la fabrication de semi-conducteurs de Shenzhen est plus lente que celle de certaines autres villes chinoises, et la ville compte bien rattraper son retard dans certains secteurs. Dès 2020, Shenzhen entend promouvoir le développement d'une nouvelle génération de technologies de l'information et de la communication. Bi Yalei, secrétaire général de l'Association de robotique de Shenzhen, a déclaré que le 30 décembre 2020, l'Académie des sciences avancées de l'Académie chinoise des sciences a créé à Bao'an l'Institut international d'innovation de Shenzhen pour les matériaux électroniques avancés (ci-après dénommé « Institut des matériaux électroniques »), spécialisé dans les matériaux d'encapsulation électronique de pointe et visant à favoriser la production locale de ces matériaux afin de réaliser une percée significative.

8. Le véritable héros du « cœur » : N’oubliez pas le « cœur » originel et accumulez des milliers de kilomètres de silicium

M. Ding Wenwu, directeur du Fonds national des circuits intégrés, a publié une chanson intitulée « Vrais héros des puces », chantant les sentiments fondamentaux de nombreux acteurs du secteur des semi-conducteurs : utiliser nos cœurs pour réaliser ensemble le rêve fondamental de la Chine ; faire en sorte que nos cœurs soient comme les étoiles et la mer, rendant le monde interconnecté et interactif.

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