Nel 1958, Jack S. Kilby, che lavorava presso la Texas Instruments (TI), sviluppò con successo il primo circuito integrato al mondo collegando diversi transistor, resistori e condensatori utilizzando un substrato di germanio (Ge). Successivamente, Robert Noyce inventò il circuito integrato basato sul silicio (Si). La maggior parte delle applicazioni odierne dei semiconduttori si basa su circuiti integrati al silicio (i cosiddetti semiconduttori di prima generazione). I chip sono diventati il ​​"petrolio" dell'industria moderna.

Agli albori dell'industria dei semiconduttori, tutto si basava sul modello IDM (Integrated Device Manufacturing). Intel e Texas Instruments progettavano e producevano i chip, rendendo difficile per le piccole aziende entrare in questo settore.

Zhang Zhongmou, proveniente da Texas Instruments (TI), ha fondato nel 1987 la società di fonderia di wafer TSMC, dando inizio all'era delle fonderie di semiconduttori con il cosiddetto "disaccoppiamento". La produzione dei chip si articola in tre fasi: progettazione, wafer, confezionamento e collaudo. Le aziende di progettazione (modello fabless) possono esternalizzare la produzione di wafer, il confezionamento e il collaudo, concentrandosi su progettazione, vendite e assistenza.

Dal mio amico Dai Hui, veterano del settore tecnologico, ho sempre desiderato condividere un episodio del passato e oggi finalmente ne ho avuto l'opportunità. Già nel 1993, il professor Wang Xiangfu ci accompagnò in un tirocinio a Wuxi, dove ci occupammo della saldatura manuale di circuiti stampati sulla linea di assemblaggio. Ogni mattina e sera, vedevo un complesso circondato da alte mura e pesantemente sorvegliato, con una grande insegna con due caratteri ben visibili: Huajing. All'epoca mi chiedevo ancora a cosa servisse. In quel periodo, la linea di produzione di chip da 5 pollici e 3 µm del Progetto 908 era in piena fase di costruzione.

L'industria taiwanese dell'assemblaggio e del collaudo di semiconduttori in outsourcing (OSAT, Outsourced Semiconductor Assembly and Testing) si è sviluppata rapidamente. ASE e Silicon Products sono state entrambe fondate nel 1984.

Sono nate innumerevoli aziende di progettazione di chip con un modello di business "asset-light", come le famose Qualcomm e NVIDIA, e anche la Cina continentale ha fatto grandi passi avanti nel campo della progettazione di chip di nuova generazione. Nel 1991, Ni Guangnan di Lenovo produceva chip, e anche Xu Wenwei di Huawei (prodotti da Texas Instruments). Guowei è stata fondata nel 1993 ed è diventata l'Accademia Militare di Huangpu dell'industria dei chip di Shenzhen. Attualmente ci sono migliaia di aziende di progettazione di chip nella Cina continentale (alcuni dicono decine di migliaia).

Naturalmente, il modello IDM, caratterizzato da un elevato impiego di capitale, è sempre esistito, ed entrambi i modelli presentano dei vantaggi. AMD è un esempio di successo nella trasformazione dal modello IDM al FABLESS, mentre Intel ha sempre aderito al modello IDM e recentemente è passata al modello IDM 2.0, investendo massicciamente nel packaging avanzato e rientrando nel mercato delle fonderie di wafer.

Il processo beta chiuso è "nascosto in camera da letto" e sconosciuto al pubblico. Di fatto, il confezionamento e il collaudo possono essere indipendenti e possono essere eseguiti in un unico stabilimento o in stabilimenti diversi. Il confezionamento e il collaudo adottano un modello di business di "lavorazione con materiali forniti", e gli ordini provengono dai produttori di semiconduttori.

Il confezionamento tradizionale dei chip prevede di sigillare il die dopo il taglio del wafer in uno spazio chiuso (involucro) per proteggerlo dall'influenza dell'ambiente esterno, dalle impurità e dalle sollecitazioni fisiche. Allo stesso tempo, vengono ricavati i pin corrispondenti, che vengono poi utilizzati come componenti di base.

La tecnologia di confezionamento a livello di wafer (Wafer Level Packaging) è una tecnologia che confeziona e testa l'intero wafer, per poi tagliarlo e ottenere un singolo chip finito. Le dimensioni del chip confezionato sono identiche a quelle del chip non confezionato.

Il collaudo dei circuiti integrati (IC) utilizza diversi metodi per individuare i campioni di chip non conformi. Si articola principalmente in due fasi: la prima consiste nel collaudo dei wafer prima del confezionamento; la seconda nel collaudo dei prodotti IC finiti dopo il confezionamento. Attualmente, anche il controllo visivo viene introdotto durante la fase di confezionamento.

La sensazione più intuitiva che ho avuto al SEMICON CHINA 2021 (Fiera Internazionale dei Semiconduttori) è stata che il settore del packaging e del collaudo è in forte espansione nella Cina continentale, il che ha portato alla crescita di gruppi di produttori di apparecchiature e materiali. Molte categorie di apparecchiature hanno modelli nazionali, come ad esempio le apparecchiature di Zhongke Feichi, Plessin, Leiming Laser, Silicon Power, Yuexin, Acceleration, Hongtai, Hongbang, Octavia Ideal e molte altre aziende. Attualmente, la quota di mercato delle apparecchiature nazionali è ancora molto piccola e c'è un enorme margine di sviluppo futuro.

Naturalmente, la tecnologia di confezionamento e collaudo viene utilizzata anche nel settore dei pan-chip (componenti discreti come resistori, condensatori e induttori, LED, display e polisilicio per celle solari), che non verrà trattato in questo articolo. Xinqi Micropackage si concentra su PCB, display (FPD) e altri settori.

uno,terrafermaSettore dell'imballaggio e dei test: in forte espansione20Anno

Attualmente, i primi dieci produttori mondiali di packaging e test per semiconduttori includono principalmente la cinese Taiwan ASE (escluse Silicon Products e USI), l'americana Amkor, Changdian Technology (Cina continentale), Silicon Products (Taiwan), Licheng (Taiwan), Tongfu Microelectronics (Cina continentale), Huatian Technology (Cina continentale), Singapore United Testing, KYEC Radio (Taiwan) e Xinbang Technology (Taiwan). I "Tre Moschettieri" della Cina continentale, Changdian Technology, Tongfu Microelectronics e Huatian Technology, figurano tra i primi dieci.

Durante il boom edilizio dell'industria dei semiconduttori degli ultimi due o tre anni, centinaia di aziende della Cina continentale sono entrate nel settore del packaging e del collaudo. La quota complessiva della Cina continentale nel settore globale del packaging e del collaudo è in costante aumento e supererà il 50%.Anche Foxconn è entrata nel settore del packaging. Questa cifra è simile alla quota globale della Cina nella produzione di PCB (Printed Circuit Board), schede nude e SMT (Surface Mount). Nella Cina continentale si contano oltre 30,000 linee di produzione SMT, che rappresentano più della metà del totale mondiale. C'era una volta una battuta: se c'è un ingorgo a Dongguan, il prezzo dei prodotti elettronici in tutto il mondo fluttua.

Si ritiene generalmente che il livello delle aziende cinesi di packaging e collaudo si sia sostanzialmente allineato al livello avanzato internazionale. Il primo settore in cui Mainland Semiconductor diventerà leader mondiale a tutto tondo sarà con ogni probabilità quello del packaging e del collaudo.

Si prevede che i chip utilizzati nell'industria completa della produzione di macchinari vengano confezionati principalmente nella Cina continentale; i chip confezionati nella Cina continentale vengono inoltre esportati su larga scala verso i mercati emergenti della produzione completa di macchinari (basata su SMT) come Vietnam e India.

In altre parole, se la Cina continentale non sviluppa l'industria degli imballaggi, la sua posizione centrale nella catena di fornitura dell'elettronica si indebolirà in seguito al trasferimento, previsto in futuro, di parte della capacità produttiva SMT.

È opportuno sottolineare che la catena di approvvigionamento di attrezzature e materiali per l'imballaggio è diversificata a livello internazionale, con una forte concentrazione in Europa, negli Stati Uniti, in Giappone e a Taiwan.

La Cina continentale ha sviluppato con vigore il settore dell'imballaggio e del collaudo, il che non solo ha aumentato la capacità produttiva globale, ma ha anche ridotto il costo dei prodotti elettronici e apportato benefici alle persone in tutto il mondo.

Lo sviluppo dell'industria degli imballaggi nella Cina continentale si articola nei seguenti punti chiave.

1. Ingresso su larga scala nell'industria moderna degli imballaggi intorno al 2000, con il Jiangsu meridionale come centro

Prima del 2000, il settore si trovava principalmente nella fase degli imballaggi tradizionali. Successivamente, gli imballaggi avanzati si sono sviluppati rapidamente e la Cina continentale ha avuto l'opportunità di recuperare terreno e superarli.

La logica generale dello sviluppo industriale è la seguente: l'enorme mercato cinese dei consumatori di elettronica e l'abbondante forza lavoro trainano l'industria elettronica. Le aziende produttrici di chip a capitale straniero si limitano a inviare le fasi di confezionamento e collaudo dei chip nella Cina continentale, per poi spedirli direttamente agli stabilimenti di produzione dei componenti completi. Ad esempio, lo stabilimento di confezionamento di AMD a Suzhou è strettamente collegato all'industria di produzione di schede madri per PC situata nel Parco Industriale di Suzhou.

Senza il contributo dell'intero settore meccanico, non è possibile produrre chip. Questo è molto importante per me perché provengo da un background interamente legato alla meccanica.

Il settore dell'industria avanzata degli imballaggi nella Cina continentale ha sede nel sud del Jiangsu, in una posizione strategica che racchiude il momento, il luogo e le persone giuste. La zona è vicina al Parco Industriale di Suzhou, alle aziende ODM/IDH di Shanghai (come Huaqin, Wingtech, Longqi, ecc.) e a un gran numero di aziende di progettazione di chip a Zhangjiang.

Le tre principali aziende di confezionamento e collaudo, Tongfu Micro (joint venture nel 1997), Changdian (ristrutturata nel 2000) e Gansu Huatian (fondata nel 2003), si sono tutte sviluppate a partire dalle prime fabbriche di componenti elettronici discreti.

Silicon Products ha fondato Silicon Products Technology (Suzhou) nel Parco Industriale di Suzhou alla fine del 2002. ASE ha investito e costruito stabilimenti nel Parco Tecnologico di Zhangjiang a Shanghai a partire dal 2002. Jingfang Technology è stata fondata a Suzhou nel giugno 2005, con tecnologia di origine israeliana.

2. I telefoni cellulari GSM autoprodotti, che imitano quelli originali, hanno portato a un grande sviluppo nell'industria della progettazione di chip nella Cina continentale e hanno anche dato impulso all'industria del packaging.

Nel 2000, il numero di utenti di telefonia mobile GSM in Cina è raddoppiato, superando i 100 milioni, rendendola il più grande mercato di telefonia mobile al mondo. Gli stabilimenti di produzione di telefoni cellulari di Nokia a Dongguan e di Samsung a Huizhou sono entrambi di grandi dimensioni, e anche i marchi locali di telefonia mobile stanno iniziando a svilupparsi.

A partire dal 2006, con il potenziamento della copertura GSM globale (sfatando l'errata convinzione che il 3G avrebbe sostituito il GSM), si è diffusa un'ondata di telefoni cellulari GSM di marchi privati, progettati da aziende indipendenti.

Anche l'industria locale della progettazione di chip nella Cina continentale ha vissuto la sua prima grande espansione, il che ha dato un forte impulso anche al packaging avanzato.

Du Zheng, CEO di Corestar, che in passato ha lavorato presso Howe, ha affermato che i sensori di immagine CMOS (CIS) hanno requisiti specifici per i wafer, il packaging e il collaudo, e che l'intero processo richiede un'elevata qualità.

Jingfang ha introdotto tecnologie di confezionamento provenienti da Israele e Howey ha partecipato all'investimento. Il 70% della capacità produttiva di imballaggi degli stabilimenti di Jingfang e Huatian Kunshan era in precedenza fornita esclusivamente dal sistema CIS di Gekko Micro.

Per quanto riguarda i test, anche i prodotti CIS hanno subito una trasformazione.

La qualità delle immagini dei primi sensori di Gekewei doveva essere valutata a occhio nudo. Con la rapida espansione del mercato dei telefoni cellulari GSM di marche meno conosciute, Gekewei, che inizialmente produceva sensori CIS estremamente economici (con una risoluzione di appena 100,000 pixel), ha continuato a crescere. Si è trasferita più volte nella sua sede di Zhangjiang, principalmente per i test, ed è frequentata da molte ragazze.

Nota: agli albori dell'iPhone, la funzione fotocamera veniva testata manualmente. L'immagine mostra la "ragazza dell'iPhone" nel 2008.

Con lo sviluppo dell'automazione e dell'intelligenza artificiale, Du Zheng ha illustrato la disponibilità di potenti apparecchiature di automazione (manipolatori) e metodi di rilevamento basati sull'IA. Il signor Miao Xiaoyong di Tongfu Microelectronics, azienda specializzata in packaging, ha spiegato la collaborazione con Xinshida nel processo WLCSP (wafer level chip size packaging). Integrando il packaging a livello di chip (CSP) e il packaging a livello di wafer (WLP) in un unico processo, il chip presenta le caratteristiche di "corto, leggero e sottile", in linea con la tendenza dell'elettronica di consumo verso l'intelligenza e la miniaturizzazione.

Lao Yao (Wang Yanhui), il fondatore di Jiwei.com, ha testato piccole apparecchiature anche nel 2007, ma in seguito ha scoperto di avere più talento nel settore dei media, pur continuando a seguire con interesse questo settore. Ha affermato: Molte aziende di progettazione di chip acquistano/selezionano autonomamente le apparecchiature di test e le integrano nella linea di produzione di prova.

Casualmente, Apple fa la stessa cosa sulla sua linea di produzione.

3, 20Quattordici anni dopo, le aziende globali di imballaggio si sono consolidate e le aziende cinesi hanno utilizzato fusioni e acquisizioni per entrare nel settore degli imballaggi avanzati e conquistare importanti clienti.

Changdian Technology ha acquisito la singaporiana STATS ChipPAC, Tongfu Microelectronics ha acquisito gli stabilimenti di confezionamento e collaudo di AMD a Suzhou e Penzhou, Huatian Technology ha acquisito le società FCI e Unisem negli Stati Uniti e Jingfang Technology ha acquisito le società Zhi Ruida e Anteryon, ecc.

L'intelligenza artificiale si è sviluppata enormemente, i profitti di AMD sono schizzati alle stelle, la madre di Su (Su Zifeng) è raggiante e anche Tongfu ha seguito l'ascesa.

4. Shenzhen Memory guida il rapido sviluppo degli imballaggi per lo stoccaggio

Huaqiangbei è il più antico mercato di elettronica professionale in Cina. I moduli di memoria per PC sono tra i prodotti più richiesti nel mercato dell'elettronica. È proprio qui che è nata Shenzhen Memory.

Nel 2014, con lo sviluppo degli smartphone e di Internet mobile (rappresentato da WeChat), la domanda di spazio di archiviazione è aumentata notevolmente, soprattutto per le foto, e i 128 GB del mio cellulare non sono più sufficienti. Nel 2018, l'industria globale dei semiconduttori ha raggiunto i 476.7 miliardi di dollari. Tra questi, le memorie, in quanto categoria di semiconduttori più importante, rappresentano quasi il 35% del mercato. Quell'anno, la Cina continentale ha importato circa 310 miliardi di dollari in circuiti integrati, di cui circa 100 miliardi di dollari in memorie. Yangtze Memory e Hefei Changxin possiedono stabilimenti di produzione di wafer nella Cina continentale.

Il potenziale di crescita delle memorie di marca provenienti dalla Cina continentale è molto elevato. Un'area specifica di Shenzhen ha riunito numerose aziende leader nel settore delle memorie, come Kintek, Creative, Acer, Longsys, Memory, Baiwei e Jiaho Jinwei (in ordine sparso). Shenzhen Technology (che ha acquisito Payton da Kingston) e Konka sono entrate nel mercato, specializzandosi nel packaging di chip e moduli.

Spinte dalla domanda di memorie a Shenzhen, aziende come Taiji Semiconductor, Changdian Technology e Tongfu Microelectronics si stanno impegnando a fondo nello sviluppo di packaging e test per i dispositivi di archiviazione.

Ecco un'altra storia riguardante le apparecchiature nazionali. Nel 2013, i clienti di Shenzhen Kaiyi Technology, azienda che fornisce soluzioni tecnologiche di produzione per l'industria elettronica, hanno espresso la necessità di ispezioni automatizzate per i sistemi di stoccaggio. Kaiyi si è rivolta a fornitori in Corea del Sud e Giappone per sviluppare prodotti simili, ma le loro proposte sono state respinte a causa degli elevati requisiti di precisione di misurazione e della complessità degli algoritmi software. Infine, l'azienda ha collaborato con il produttore locale Shenzhen Octavia. Octavia ha trasferito la sua consolidata esperienza SMT nel processo di confezionamento per realizzare un'ispezione visiva continua online. Il sistema è entrato in funzione nel 2015 ed è stato applicato a sistemi di stoccaggio, confezionamento di sensori e altri prodotti.

5. L'intelligenza artificiale applicata all'Internet delle cose (AIoT) e i veicoli elettrici guidano una nuova impennata nel settore degli imballaggi avanzati.

Alla fiera SEMICON CHINA 2021, si può notare il rapido sviluppo degli imballaggi avanzati e degli imballaggi ad alta densità.

Con lo sviluppo dell'era AIoT, bere il tè (aggiungendo automaticamente acqua per farlo bollire), fumare (sigarette elettroniche), aprire le porte (serrature intelligenti), spazzare il pavimento (robot) e studiare a casa (computer portatili) sono tutte attività che prevedono l'utilizzo di un gran numero di chip.

Tesla costruisce uno stabilimento a Lingang. La Cina ha lanciato nuove infrastrutture e costruito colonnine di ricarica, e i settori dei veicoli elettrici e dei veicoli elettrici a due ruote si sono sviluppati notevolmente, generando un'enorme domanda di chip. I chip per il settore automobilistico hanno elevati requisiti di affidabilità e particolari esigenze di confezionamento.

In Cina, il settore degli imballaggi sta vivendo una crescita esplosiva, con numerose aziende che si stanno affacciando sul mercato. Ningbo ha colto l'occasione. La neonata Yongsi Electronics si è posizionata direttamente nel settore degli imballaggi avanzati, entrando rapidamente a far parte dei colossi del settore e vantando una posizione di rilievo a livello nazionale.

2. Sviluppo del packaging e dei test nella Cina continentale: l'industria elettronica non può evitare la Cina

I prodotti elettronici, con i telefoni cellulari come componente principale, sono i maggiori prodotti di esportazione della Cina, seguiti dai prodotti tessili. Ricordate ancora la barzelletta sui 100 milioni di paia di pantaloni scambiati per un aereo agli albori delle riforme e dell'apertura al mercato?

In una prospettiva più ampia, la lotta globale contro l'epidemia non può essere separata dai prodotti elettronici; in una prospettiva più ristretta, sono molte le persone che tengono in mano il cellulare mentre fanno la doccia!

La catena di fornitura dei prodotti di tecnologia dell'informazione elettronica è molto complessa. I numerosi componenti, la complessità dei progetti software e hardware e i requisiti di processo riflettono chiaramente i vantaggi derivanti dall'esperienza ingegneristica e manifatturiera cinese. Pertanto, questo è il settore più difficile da svincolare dalla Cina. Anche se venisse "deglobalizzato", non sarebbe possibile "de-sinizzarlo".

Il processo di produzione dei prodotti elettronici si articola approssimativamente in tre fasi: wafer, confezionamento e produzione della macchina completa (il montaggio superficiale SMT è il fulcro). Il wafer è collegato al test di confezionamento, mentre la macchina completa è collegata alla fase finale.

Sebbene il settore della produzione di wafer non impieghi molte persone, gli aspetti tecnici sono saldamente controllati dall'Occidente e il divario è evidente. La strada da percorrere per risolvere completamente il problema del "collo di bottiglia" è ancora lunga. Vale la pena notare che gli Stati Uniti stanno rafforzando il settore della produzione di wafer. TSMC, Samsung, Intel e GlobalFoundries investiranno con vigore nello sviluppo della produzione di wafer utilizzando i processi più avanzati presenti negli Stati Uniti.

L'India vende da cento a duecento milioni di telefoni cellulari ogni anno e, naturalmente, deve sviluppare la sua industria manifatturiera. L'intera produzione di macchinari della Cina continentale si sposterà inevitabilmente in parte all'estero (ad esempio, Apple, Mi OV, ecc. hanno già capacità produttive in India).

Pertanto, da un punto di vista strategico, è necessario rafforzare il settore a monte del confezionamento e del collaudo dei chip. Solo in questo modo la Cina potrà continuare a occupare un anello importante della catena di approvvigionamento e garantire che la posizione centrale del "Made in China" rimanga invariata.

Il professor Cai Zhikuang dell'Istituto di Ricerca sugli Imballaggi di Nantong presso l'Università delle Poste e Telecomunicazioni di Nanchino ha affermato con emozione che la sensazione più diffusa in materia di imballaggi ultimamente è che "il colore cambia dopo averlo annusato". Ad esempio, in una linea di produzione di packaging BGA, se non c'è sufficiente capacità produttiva di substrati BGA, non si osano accettare ordini con leggerezza. Il Paese dovrebbe aumentare gli investimenti e passare al più presto dalla fase di "sbagliore dopo aver sentito le nozioni di base" a quella di "entusiasmo dopo aver sentito le nozioni di base", in modo che tutti abbiano accesso ai substrati e ogni famiglia abbia la capacità di produrre.

Questa volta, appena entrato nel padiglione espositivo del SEMICON, mi sono imbattuto negli stand di Shennan Circuit e Tianxin Interconnect. Uno si occupava della produzione di substrati per il packaging, l'altro di packaging avanzato.                                  

L'articolo di Jiwei.com spiega le ragioni di questo fenomeno: alla base della grave carenza di substrati per imballaggi, si cela la carenza di materiali e attrezzature a monte, che rappresenta un collo di bottiglia per l'espansione della produzione.

Anche i telai in piombo rappresentano un materiale di imballaggio importante, ma la capacità produttiva è insufficiente.

Il fatto che le aziende di design online stiano "implorando capacità produttiva" non è privo di fondamento.

3. Confezionamento avanzato: combinato con wafer e SMT

1, anche il packaging avanzato è alta tecnologia

Nelle prime fasi di sviluppo dell'industria dei semiconduttori, il packaging è sempre stato considerato un settore con barriere tecniche relativamente basse e costi di manodopera relativamente elevati. Il packaging è il settore più difficile in cui generare profitti nella filiera dei circuiti integrati. Richiede un continuo aumento degli investimenti per ottenere anche il minimo incremento di ogni dollaro.

Con l'aumento del livello di integrazione dei chip, i requisiti tecnici per il packaging dei semiconduttori diventano sempre più elevati, trasformando il packaging dei semiconduttori da una tecnologia semplice a tutt'altro. Sono emersi svariati tipi di packaging avanzato e nuovi processi, che mi lasciano a bocca aperta.

Con l'aumento della complessità del packaging, le tecnologie di packaging avanzato sono diventate un'importante fonte di incremento della produzione. In futuro, si prevede che il rapporto tra le tre sezioni del chip sarà: 3 (progettazione): 4 (wafer): 3 (packaging).

Il packaging tradizionale accetta passivamente le soluzioni adottate dalle aziende di progettazione di chip. La tendenza attuale, tuttavia, vede i produttori di chip sempre più spesso impegnati in una collaborazione progettuale con i produttori di packaging. Nell'era post-Moore, la tecnologia di produzione del back-end dei chip guiderà lo sviluppo di chip ad alte prestazioni e ad alta densità.

Al Jiwei Semiconductor Summit del 2019, Dad Jiang (Jiang Shangyi) ha affermato che il contesto dell'industria dei semiconduttori ha subito enormi cambiamenti. Ciò si riflette principalmente nei seguenti aspetti: in primo luogo, il progresso della Legge di Moore si è avvicinato al limite fisico e i processi di fabbricazione del silicio più avanzati (come 7 nm e 5 nm) possono essere utilizzati solo da un numero molto ristretto di prodotti ad altissima richiesta (come i chip principali per telefoni cellulari); in secondo luogo, il progresso delle tecnologie di packaging e dei circuiti stampati è relativamente arretrato e sta gradualmente diventando un collo di bottiglia per le prestazioni del sistema; in terzo luogo, si sta avvicinando l'era della diversificazione delle aziende di progettazione di chip e il mercato non sarà più nelle mani di pochi produttori. In base ai diversi sistemi e alle esigenze specifiche di ciascuna unità, la selezione delle unità appropriate e la loro reintegrazione attraverso tecnologie di packaging e circuiti stampati avanzate sarà una delle tendenze di sviluppo nell'era post-Moore.

Zheng Li, CEO di Changdian Technology, ha dichiarato: "L'incapsulamento dei semiconduttori nell'era odierna non si limita al processo di sigillatura del chip nell'involucro, ma richiede anche decine di processi per il chip stesso, il cablaggio, l'interfaccia di interconnessione e persino la necessità di riorganizzare il wafer. Successivamente, alcuni chip devono essere disposti e interconnessi con altri chip nello stesso package, e a volte è necessario collegarli tra loro ad alta densità per consentire ai loro vari moduli funzionali di operare in modo organico. Pertanto, nell'era post-legge di Moore, l'incapsulamento non si basa più solo sulla larghezza e sulla spaziatura delle linee e sulle dimensioni di integrazione, ma piuttosto su come migliorare le prestazioni del sistema e come migliorare l'integrazione dell'intero microsistema."

2,Combinazione di confezionamento e produzione front-end di wafer

C'è una notizia sconvolgente: anche le fabbriche di wafer come TSMC e SMIC sono entrate nel settore del packaging a livello di wafer. Inizialmente pensavo che questo rappresentasse una minaccia per l'industria del packaging, ma il CEO di Changdian, Zheng Li, ritiene che sia in realtà un fatto positivo. Una delle vie di sviluppo per il packaging avanzato è il packaging a livello di wafer (WLP). Se il packaging a livello di wafer continuerà a svilupparsi in direzioni multidimensionali, come 2D, 2.5D e 3D, la collaborazione con le fabbriche di wafer sarà inevitabile. Questo perché le fabbriche di wafer hanno la capacità di eseguire la produzione di TSV (Through Silicon Via) sui wafer. Per quanto riguarda le schede di trasferimento del silicio, le fabbriche di wafer possono anche produrre Silicon Interposer (interposer in silicio), ovvero wafer con cablaggio ad alta densità. Le fabbriche di packaging e test devono eseguire il processo RDL (ridistribuzione del wafer) e quindi reintegrare il cablaggio ad alta densità a livello di packaging e test.

Gli esperti del settore hanno osservato che esiste un divario di circa il 10% nel rapporto di resa del packaging e del testing di fascia alta tra Changdian e ASE, un divario che richiederà tempo per essere colmato. Tuttavia, è plausibile che la velocità di decollo del packaging e del testing nella Cina continentale sia più rapida di quella della produzione di wafer nella fase precedente. Non è più un retaggio del passato considerare il closed beta testing come una fase di back-end. Oggi, esistono molte intersezioni tra closed beta e front-end. Le sfide sono ovunque e richiedono perseveranza e pazienza!

3, combinazione di packaging avanzato e montaggio superficiale SMT

Oltre all'integrazione con la produzione di wafer descritta in precedenza, anche il confezionamento e il collaudo sono strettamente integrati con la produzione completa di macchine (SMT come elemento centrale).

Intorno al 2015, ho assistito per la prima volta alla dimostrazione di un package multi-chip, che integrava i componenti necessari in un modulo, riducendo il numero di problemi di confezionamento e cablaggio, risparmiando spazio, migliorando le prestazioni e riducendo il costo dell'intera macchina.

System-in-Package (SiP) e SMT (Surface Mount) sono inseparabili. I principali produttori di apparecchiature, come ASM-PT, K&S, ecc., originariamente realizzavano macchine per il posizionamento SMT. Il SiP può ridurre problemi quali la compatibilità dei processi, la miscelazione dei segnali, le interferenze di rumore e le interferenze elettromagnetiche che si verificano durante l'integrazione dei sistemi a chip.

I moduli front-end RF per telefoni cellulari (PAMiD, ecc.) utilizzano in gran parte processi SiP o simili. Jia Bin di Kaiyuan Communications ha affermato che la diffusione del 5G ha portato un numero sempre maggiore di componenti a radiofrequenza nei telefoni cellulari. Se questi componenti fossero confezionati separatamente e poi posizionati sulla scheda PCB per il montaggio, il telefono potrebbe non essere compatibile, quindi è preferibile integrarli. I processi di base dei chip a radiofrequenza come SAW, BAW, PA, LNA e RF Switch sono diversi. Le soluzioni SoC non sono adatte. Invece, è possibile confezionare più chip in moduli utilizzando il packaging a livello di sistema e altri processi. Grandi nomi internazionali come Skyworks, Qorvo, Avago (acquisizione di Broadcom), Qualcomm, ecc. adottano questa soluzione. Ho effettuato una ricerca online e ho scoperto che esistono molti processi a radiofrequenza, come GaAs, CMOS in silicio bulk, SOI (Silicon Insulated Substrate), MEMS a base di silicio, SiGe (Silicon Germanio), ecc.

Il modulo della fotocamera e il modulo di riconoscimento delle impronte digitali adottano la tecnologia COB (Chip on Board). Il chip non è incapsulato e viene tagliato direttamente su wafer nudi (die), rimandando il bonding e altri processi di incapsulamento alla fase del modulo.

Anche il comune "chip di sterco di mucca" utilizza il processo COB. Il chip nudo viene fissato sul circuito stampato tramite un'apparecchiatura di bonding, dopodiché viene applicata una resina epossidica. Successivamente, altri componenti vengono collegati tramite il processo SMT, e così nasce il circuito stampato. Questo è ciò che fa la scheda di controllo del telefono per l'identificazione del chiamante. I cerchi di filo dorato rappresentano i numerosi fili dorati di bonding che circondano il die.

Nota: Pannello di controllo telefonico CID (fotografato dall'autore Dai Hui a Tianxunlong)

4. Imballaggi avanzati: controversie sui brevetti

Inevitabilmente, anche nel settore degli imballaggi si verificheranno controversie sui brevetti. Il signor Mark, responsabile della divisione di consulenza in materia di proprietà intellettuale di Jiweiwang, ha raccontato un caso emblematico di scontro tra aziende cinesi e straniere sui brevetti relativi agli imballaggi, proveniente dal settore dei microfoni MEMS.

L'azienda americana Knowles, la prima ad applicare la tecnologia MEMS alla produzione di microfoni per sostituire i tradizionali elettreti, ha richiesto un brevetto di base per il packaging nel 2000. Sulla base di questo brevetto, Knowles ha intentato cause per violazione di brevetto contro l'americana Akustica, la singaporiana Memstech, l'americana ADI, la britannica Wolfson, la sudcoreana Baoxing, l'americana Amkor e la cinese Goertek nel 2006, e ha persino avviato un'indagine ai sensi della Sezione 337.

Il produttore di microfoni MEMS cinese AAC ha firmato un accordo di licenza di brevetto con Knowles fin dalle prime fasi per evitare controversie legali. Tuttavia, le elevate commissioni di licenza dei brevetti sono diventate una realtà con cui le aziende cinesi si trovano a dover fare i conti. Al contrario, la filiera industriale di Taiwan, in Cina, si concentra maggiormente sull'aggirare il brevetto statunitense di Knowles. Guidata dal Taiwan Industrial Research Institute, in collaborazione con importanti produttori di componenti elettroacustici come Meilu, sono stati depositati almeno sette brevetti per aggirare il brevetto di Knowles relativo al packaging. Tuttavia, è proprio a causa dell'eccessiva enfasi sull'evitare i brevetti fondamentali di Knowles che i vantaggi originari della produzione di semiconduttori di Taiwan, in Cina, non sono stati sfruttati nel settore dei microfoni MEMS, con conseguente perdita di opportunità di mercato e la trasformazione di Taiwan in una sorta di AAC e Goertek della Cina continentale.

cinque,sigillarePACKmateriali:"L'ascesa del gruppo"

Ho assistito all'ascesa dei gruppi industriali nel settore della telefonia e delle centrali a controllo programmato, delle comunicazioni mobili e della telefonia mobile, e ho anche visto la nascita di gruppi nell'industria dei semiconduttori in Cina continentale. Il termine "ascesa di gruppo" è particolarmente appropriato quando si riferisce all'industria delle apparecchiature di confezionamento e collaudo.

Al SEMICONChina 2021 ho potuto constatare la localizzazione di numerose categorie di apparecchiature per il confezionamento e il collaudo. Il confezionamento comprende le principali aree di lavorazione, tra cui molatura, taglio (DICING), incollaggio die-bond (incollaggio cristalli), incollaggio wire-bond (incollaggio fili) e altre.

Lo sviluppo di attrezzature nazionali sarà di grande aiuto per smantellare i monopoli, ridurre i costi, migliorare le prestazioni e aumentare l'efficienza.

Alla conferenza sugli imballaggi del 2020 tenutasi a Tianshui, Hua Tianxiao Shengli ha affermato che le aziende di imballaggio e collaudo dovrebbero attenersi al concetto di cooperazione piuttosto che di competizione, promuovere attivamente lo sviluppo di attrezzature e materiali nazionali e completare gradualmente la piattaforma di collaudo.

L'utilizzo di attrezzature nazionali per rompere il monopolio delle attrezzature occidentali può effettivamente ridurre i costi, il che è evidente nel settore degli imballaggi.

Xinqi Micro Devices, recentemente quotata sul mercato azionario per l'innovazione scientifica e tecnologica, ha colmato una lacuna nel mercato nazionale delle apparecchiature per la litografia senza maschera. Le sue apparecchiature per la litografia a scrittura diretta servono i settori dei PCB (circuiti stampati) e dei semiconduttori (display FPD), e sta progettando di sviluppare apparecchiature per la litografia a scrittura diretta anche per il packaging a livello di wafer (WLP). Dopo la quotazione, il prezzo delle azioni è schizzato alle stelle e l'intero settore dei semiconduttori ha registrato un rialzo (si spera non solo una ripresa).

Nota: l'autore Dai Hui e Qu Lujie, responsabile scientifico di Xinqi Micro Devices, allo stand.

Per quanto riguarda le macchine per il die bonding, Dongguan Plessin ha colmato una lacuna nel mercato nazionale delle macchine lineari per il die bonding di circuiti integrati (DIE BOND).

Wang Lin del Beyond Moore Fund ha presentato un caso di studio: Leiming Laser ha lanciato un'apparecchiatura per scanalatura laser e taglio laser nascosto con prestazioni paragonabili a quelle delle aziende occidentali, rompendo il monopolio del mercato.

6. Apparecchiature di prova: “L’ascesa dei gruppi”

L'attrezzatura di collaudo comprende principalmente la macchina di smistamento Handler per il collaudo a livello di chip, la stazione di prova Probe per il collaudo a livello di wafer e la macchina di collaudo automatica ATE.

Esistono grandi opportunità per la localizzazione delle apparecchiature di collaudo. I nuovi processi comportano esigenze di personalizzazione e, in una fase, è possibile utilizzare apparecchiature di produzione nazionale per ottenere maggiore efficienza e prestazioni migliori.

Shenzhen Silicon Electric è un produttore di stazioni di sonda e macchine di smistamento.

Nota: l'autore Dai Hui e il professor Hu Hong dell'Istituto di Tecnologia di Harbin presso lo stand del silicone.

Zhang Yue, CEO di Yuexin Technology, mi ha presentato il prodotto principale, l'apparecchiatura per il test della memoria, che ha beneficiato di un grande lavoro per garantire elevata efficienza, uniformità e stabilità.

Accelerate Technology lancia una macchina di test automatica ATE ad alte prestazioni, integrata con l'intelligenza artificiale.

Nota: l'autore Dai Hui e il CEO di Acceleration Technology Wu Gang allo stand.

Shaoxing Hongbang ha esposto una varietà di macchine per il collaudo e la selezione di dispositivi elettrici. Mi sono rimboccato le maniche e le ho provate.

Nota: Macchina per il collaudo di dispositivi discreti esposta da Shaoxing Hongbang

Nanjing Hongtai Semiconductor ha presentato una serie di prodotti ATE per il collaudo automatizzato di semiconduttori. Nel 2019 ha acquisito interamente la giapponese Azurtest Co., Ltd. (Azurtest), nota per la sua tecnologia di collaudo analogico.

Nota: Hongtai Semiconductor espone la macchina di test a segnale misto MS8000

Anche le aziende di servizi correlati si stanno sviluppando. Shanghai Jifeng Electronics offre servizi come analisi dei materiali, analisi dei guasti e certificazione di affidabilità.

Sette,Materiali di imballaggio:sviluppi costanti

Nel campo dei materiali, anche la Cina continentale sta recuperando terreno, come dimostrano i substrati e i lead frame che di recente hanno "discusso il cambio di colore di base".

L'industria elettronica utilizza grandi quantità di oro, metallo prezioso, principalmente per il collegamento dei fili nei componenti. Il settore continua a promuovere l'uso del rame (o persino dell'alluminio) per sostituire l'oro in un numero sempre maggiore di applicazioni, e anche le aziende cinesi si sono impegnate a fondo in tal senso.

L'industria manifatturiera di chip di Shenzhen è più lenta rispetto ad alcune città cinesi, quindi la città punta a superare altri settori. A partire dal 2020, Shenzhen promuoverà lo sviluppo di una nuova generazione di tecnologie dell'informazione e della comunicazione. Bi Yalei, segretario generale dell'Associazione Robotica di Shenzhen, ha dichiarato che il 30 dicembre 2020 l'Accademia Avanzata delle Scienze dell'Accademia Cinese delle Scienze ha istituito a Bao'an l'Istituto Internazionale di Innovazione per i Materiali Elettronici Avanzati di Shenzhen (di seguito denominato "Istituto di Materiali Elettronici"), focalizzato sui materiali di packaging elettronico avanzati di fascia alta e con l'obiettivo di promuovere la produzione locale di materiali elettronici di alta gamma per raggiungere un livello superiore.

8. Vero eroe del “nucleo”: non dimenticare il “nucleo” originale e accumula migliaia di miglia di silicio

Il signor Ding Wenwu, a capo del Fondo nazionale per i circuiti integrati, ha pubblicato una canzone intitolata "Veri eroi dei chip", in cui canta i sentimenti "fondamentali" di molti appassionati di chip: usare i nostri "nuclei" per realizzare insieme il "sogno fondamentale" della Cina; che i nostri "nuclei" siano come le stelle e il mare, rendendo il mondo interconnesso e interattivo.

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