(Po części I: Projektowanie układów scalonych; Część II: Produkcja układów scalonych)

V. ATP (montaż, testowanie i pakowanie) i zaawansowane pakowanie

Podstawowe wnioski dotyczące montażu, testowania, pakowania i zaawansowanego pakowania:

(1) Jeśli chodzi o stosunkowo zaawansowane technologicznie półprzewodniki typu back-end ATP, Stany Zjednoczone w dużym stopniu opierają się na zasobach zagranicznych skoncentrowanych w Azji.

(2) W miarę jak chipy stają się coraz bardziej złożone, zaawansowane metody pakowania stanowią potencjalne obszary znaczącego postępu technologicznego. Jednak Stany Zjednoczone nie są również opłacalnym miejscem do rozwijania silnego, zaawansowanego przemysłu opakowań, ponieważ brakuje im niezbędnego ekosystemu materiałowego;

(3) W odpowiedzi duże chińskie inwestycje mogłyby zakłócić istniejące rynki.

(I) Podstawowe szacunki państwa bandery dotyczące podstawowego pakowania i testowania

(A) Podstawowe informacje

Na podstawowym etapie ATP, chip (rdzeń) jest składany w gotowy produkt, który jest testowany, pakowany i montowany w elektronice. Istnieją dwa tryby dla etapu ATP:(1) OEM przez IDM i (2) OEM. Odlewnie to firmy OSAT (pure semiconductor Assembly and Testing), które specjalizują się w testowaniu, pakowaniu, montażu lub montażu i świadczą usługi kontraktowe. Jeśli chodzi o cały rynek ATP, spółki amerykańskie odpowiadały za 28% całkowitych przychodów; Chociaż firmy amerykańskie generują około 43% zintegrowanych pionowo przychodów IDM ATP, firmy amerykańskie zleciły produkcję ATP zakładom znajdującym się poza Stanami Zjednoczonymi. Odlewnie takie jak TSMC (Tajwan), UMC (Tajwan), SMIC (Chiny kontynentalne) i XMC (Chiny kontynentalne) weszły na rynek opakowań, aby zwiększyć usługi produkcyjne oferowane klientom bez fabryk, szczególnie w przypadku zaawansowanego pakowania małych chipów. TSMC wprowadziło swoje pierwsze zaawansowane rozwiązanie w zakresie opakowań w 2012 roku. W 2017 roku na rynku było ponad 100 różnych OSATS. Istnieje osiem dużych OSATS; Większość z nich to mali i średni gracze.

Chociaż istnieje kilka amerykańskich spółek OSAT (zwłaszcza Amkor), spółki amerykańskie stanowią zaledwie 15% działalności OSAT (Przewodnictwo na Tajwanie z 52%, a za nim Chiny z 21%), a Amkor ma siedzibę w USA, ale nie posiada fabryki placówka w USA.

Basic ATP była tradycyjnie biznesem wysoce zautomatyzowanym i o niskiej wartości, wymagającym znacznej powierzchni i zatrudniającym głównie pracowników o niskich kwalifikacjach (zmienia się to wraz z wprowadzeniem zaawansowanych technologii pakowania omówionych poniżej). Tym samym operacja ta stanowiła pierwszą fazę (rozpoczętą w latach 1970. XX w.) outsourcingu produkcji w Stanach Zjednoczonych, głównie do Azji Południowo-Wschodniej. Obecnie większość zakładów outsourcingowych ATP znajduje się w Chinach, Tajwanie i Azji Południowo-Wschodniej (Singapur, Malezja, Filipiny i Wietnam). W 120 r. SEMI i Techsearch zidentyfikowały ponad 360 firm outsourcingowych OSAT i 2018 zakładów pakujących na całym świecie. Spośród 360 fabryk ponad 100 znajduje się w Chinach, około 100 na Tajwanie i 43 w Azji Południowo-Wschodniej (pozostałe znajdują się w Europie lub obu Amerykach) . Produkcja OSAT w Chinach wykorzystuje obecną technologię pakowania głównego nurtu, ale Chiny opracowują zaawansowaną technologię pakowania.

Po stronie testowania technologie półprzewodnikowe muszą zostać certyfikowane i przetestowane, zanim będą mogły być używane w zakresach temperatur (rozszerzony zakres), odporności na promieniowanie i trudnych warunkach ze względów bezpieczeństwa narodowego. Obejmuje to testowanie efektów pojedynczych cząstek (SEE) przy użyciu infrastruktury testowania promieniowania ciężkich jonów. Istniejąca infrastruktura testowania promieniowania ciężkich jonów w Stanach Zjednoczonych jest krucha i nie może sprostać obecnym ani przyszłym potrzebom testowania SEE. Klienci często doświadczają długiego czasu oczekiwania i rosnących cen testów, a także są podatni na znaczny stres, nawet jeśli główny obiekt nagle zostanie zamknięty. „Istnieje mniej niż pół tuzina akceleratorów LABS, które mogą wytwarzać wiązki jonów o wystarczającej różnorodności jonów i energii, aby spełnić wymagania testowania SEE”. Wpływa to na dostępność testów w celu wsparcia przyszłych misji kosmicznych między agencjami kosmicznymi a przemysłem (w tym satelitami).

(B) Główne ryzyko

Obecnie Stany Zjednoczone dysponują jedynie 3 procentami światowych mocy produkcyjnych w zakresie pakowania półprzewodników (z wyłączeniem możliwości testowania), dostarczanych głównie przez firmy IDM, które często posiadają zakłady ATP poza Stanami Zjednoczonymi. Chociaż w przeszłości był to element łańcucha dostaw o niskim stopniu zaawansowania technologicznego, jest to krok krytyczny. Zależność Ameryki od niezbędnej produkcji ATP w Azji Południowo-Wschodniej, na Tajwanie i w Chinach naraża amerykański łańcuch dostaw na zakłócenia.

(II) Dyskusja Citibanku na temat zaawansowanych technologii opakowań

(A) Podstawowe informacje

Chociaż podstawowy ATP był tradycyjnie elementem łańcucha dostaw o niskiej wartości, technologie pakowania stają się coraz bardziej zaawansowane. Przez dziesięciolecia przemysł półprzewodników dotrzymywał kroku prawu Moore’a, które przewiduje, że liczba tranzystorów w półprzewodniku podwaja się mniej więcej co dwa lata. Obecnie korzyści w zakresie mocy i wydajności wynikające z zmniejszania się rozmiarów chipów w każdym nowym węźle procesowym maleją, podczas gdy koszt na tranzystor rośnie. Chociaż zmniejszenie rozmiaru jest nadal możliwe, ponieważ skalowanie staje się droższe i trudniejsze, przemysł półprzewodników szuka alternatyw obejmujących montaż małych chipów i/lub wielu układów scalonych w jednym pakiecie. Nazywa się to zaawansowaną enkapsulacją. Zaawansowane pakowanie stanowi alternatywną i uzupełniającą technologię redukcji szerokości linii, ponieważ zapewnia większą gęstość chipów na etapie opakowania, a nie na poziomie chipa i pozwala na integrację różnych funkcji chipów w jednym opakowaniu. Zaawansowane opakowanie pozwala również na większe wykorzystanie gotowych do użytku komercyjnego (zatwierdzonych przez obronę) chipów w celu dostosowania rozwiązań.

Zaawansowane typy opakowań obejmują techniki układania w stosy chipów (zwłaszcza chipów pamięci) i chipów wbudowanych, pakowanie w formie wachlarza, pakowanie na poziomie płytki i pakowanie na poziomie systemu (montaż małych chipów lub wielu chipów w jednym opakowaniu). Jednym z podejść do chipów logicznych jest rozdzielenie standardowych funkcji IP na różne, mniejsze chipy, zwane „mikrochipami”, połączone za pomocą standardowych interfejsów w jednym pakiecie. Małe chipy współpracują z innymi małymi chipami, dlatego projekty muszą być optymalizowane razem i nie można ich projektować osobno. Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) i Marynarka Wojenna, a także gracze z branży (AMD, Marvell i Intel) realizują szereg projektów badających to podejście. Zaawansowane opakowanie ma wartość dla bezpieczeństwa narodowego, ponieważ dzieli funkcjonalność, bezpieczeństwo, objętość i ekologiczność, aby zapewnić konfigurowalny sprzęt do unikalnych zastosowań związanych z bezpieczeństwem narodowym.

Zaawansowane opakowania stanowiły 42.6% całkowitej wartości opakowań półprzewodników w 2019 r. i mają osiągnąć poziom w 2025 r. Będą stanowić blisko połowę całego rynku opakowań półprzewodników. Oznaczałoby to złożoną roczną stopę wzrostu (CAGR) na poziomie 6.1% w latach 2014–2025, przy podwojeniu przychodów z bardziej zaawansowanych opakowań z 20 miliardów dolarów w 2014 r. do około 42 miliardów dolarów w 2025 r. To prawie trzykrotność oczekiwanego wzrostu rynku tradycyjnych opakowań , przy przewidywanym CAGR na poziomie 2.2% w latach 2014–2025.

Do 10 największych na świecie firm zajmujących się zaawansowanymi opakowaniami należą: dwie firmy IDM (Intel ze Stanów Zjednoczonych i Samsung Korea); TSMC jest także jedną z 10 największych na świecie firm zajmujących się zaawansowanymi opakowaniami. Do pięciu największych na świecie producentów zaawansowanych opakowań OSAT należą ASE (Tajwan), SPIL (Tajwan), Amkor (USA), Powertech Technology (Tajwan) i JCET (Chiny). Ponadto istnieją dwie mniejsze firmy OSAT, Nepes Display (Korea) i Chipbond (Tajwan). Te 10 firm przetwarza około trzech czwartych zaawansowanych chipów w opakowaniach.

Zaawansowane opakowania w Stanach Zjednoczonych są dostarczane głównie przez dostawców IDM, w tym Intel, Texas Instruments i Micron. GlobalFoundries to odlewnia z siedzibą w USA, która świadczy również zaawansowane usługi pakowania. Ponadto mniejsze firmy, takie jak Micross, Skywater i Qorvo, oferują zaawansowane usługi pakowania, aby sprostać niszowym potrzebom w zakresie obronności i przemysłu.

Jak wspomniano powyżej, chociaż Chiny nie dysponują obecnie dużymi możliwościami w zakresie zaawansowanego pakowania, rozwijają zaawansowane możliwości pakowania, aby zrekompensować brak najnowocześniejszej produkcji półprzewodników

W miarę wzrostu wydajności i popytu na zaawansowane opakowania w uwagach przedstawionych w odpowiedzi na federalne zawiadomienie o dochodzeniu w sprawie rejestracji (NOI) wskazano na brak zaawansowanych podłoży opakowaniowych (opartych na technologii płytek drukowanych) oraz słabe punkty w powiązanym łańcuchu dostaw w Stanach Zjednoczonych Stany. Dostawca materiału bazowego znajduje się w Azji. Do głównych producentów substratów należą: Ibiden (Japonia), Nanya (Tajwan), Shinko (Japonia), Samsung (Korea), Unimicron (Tajwan), Shennan Circuits (Chiny), Zhuhai Yueya (Chiny) i AKM Electronics Industrial (Chiny).

Ponadto produkcja płytek PCB została przeniesiona do Chin, co czyni ten rynek bardziej atrakcyjnym dla dostawców substratów. IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) szacuje, że Stany Zjednoczone są 20 lat za Azją w technologii produkcji płytek drukowanych do zastosowań elektronicznych nowej generacji. Kiedyś Stany Zjednoczone odpowiadały za ponad 30% światowej produkcji płytek drukowanych; teraz stanowi mniej niż 5%

(B) Główne ryzyko

Inwestycje Chin w zaawansowane opakowania zagrażają przyszłym rynkom:

Chociaż Chinom brakuje dużych możliwości w zakresie zaawansowanych opakowań, chiński rząd poczynił znaczne inwestycje w zaawansowane opakowania. Od kilku lat w centrum uwagi technologii chińskiego przemysłu półprzewodników znajdują się zaawansowane opakowania, a Rada Stanu dąży do tego, aby do 30 r. zaawansowane opakowania miały stanowić około 2015% wszystkich przychodów chińskich dostawców z opakowań. W styczniu 2021 r. nowo zatrudniony wiceprezes firmy SMIC przewodniczący powiedział, że chińskie firmy powinny skoncentrować się na zaawansowanych opakowaniach, aby przezwyciężyć swoją słabość w zmniejszaniu szerokości linii półprzewodników, co może sygnalizować, że firma SMIC będzie agresywnie zajmować się zaawansowanymi opakowaniami. Stephen Hiebert, starszy dyrektor ds. marketingu w firmie SEMICONDUCTOR Packaging KLA, poinformował w 2018 r., że „... Obserwujemy duże inwestycje OSAT w Chinach w miarę wzrostu mocy produkcyjnych w zakresie zaawansowanych opakowań, aby dorównać projektom czołowych chińskich fabryk”.

Niewystarczająca pojemność zaawansowanych materiałów opakowaniowych:

Zaawansowane podłoża opakowaniowe oparte są na technologii płytek drukowanych, które produkowane są głównie w Azji i głównie w Chinach. Stanowi to wyzwanie dla firm chcących inwestować w zaawansowane opakowania w Stanach Zjednoczonych.

Same potrzeby w zakresie obronności nie wystarczą, aby utrzymać zaawansowaną technologię pakowania w USA:

Niewielka liczba amerykańskich firm dostarcza zaawansowane rozwiązania w zakresie opakowań na potrzeby obronności, a firmy te mają jedynie niewielki udział w rynku. W miarę rozwoju możliwości zaawansowanych opakowań poza Stanami Zjednoczonymi wkrótce przewyższą one potrzeby w zakresie obronności, a siły rynkowe przyciągną najnowocześniejsze możliwości za granicą. Ostatecznie ilość napędza innowacje i uczenie się operacyjne; Bez wolumenu komercyjnego Stany Zjednoczone nie będą w stanie dotrzymać kroku technologii pod względem jakości, kosztów i pracy.

(3) Podsumowanie

Podsumowując, Stany Zjednoczone polegają na zasobach zagranicznych skoncentrowanych w Azji w zakresie potencjału ATP na zapleczu, co stwarza ryzyko zakłóceń łańcucha dostaw w tej części łańcucha dostaw. Hermetyzacja staje się coraz bardziej zaawansowana, ponieważ branża szuka nowych sposobów kompensowania złożoności coraz mniejszych rozmiarów obiektów w najbardziej zaawansowanych lub najmniejszych węzłach, niższych wydajności i malejących zysków krańcowych. Chociaż Stany Zjednoczone i ich partnerzy dysponują zaawansowanymi możliwościami w zakresie opakowań, duże inwestycje Chin w zaawansowane opakowania mogą w przyszłości zakłócić rynek. Ponadto w USA brakuje ekosystemu umożliwiającego rozwój zaawansowanych technologii pakowania.

Zastrzeżenie: ten artykuł jest przedrukowany z „Rozmowy w restauracji Pana Wanga”, ten artykuł przedstawia jedynie osobiste poglądy autora, nie reprezentuje poglądów Sakwei i branży, można go jedynie przedrukować i udostępnić, wspierać ochronę praw własności intelektualnej, przedrukować proszę podać oryginalne źródło i autora, jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby usunąć.