(Следует части I: Проектирование интегральных схем; Часть II: Производство интегральных схем)

V. ATP (сборка, испытание и упаковка) и усовершенствованная упаковка

Основные выводы по сборке, тестированию, упаковке и расширенной упаковке:

(1) Что касается относительно низкотехнологичного полупроводникового производства ATP, Соединенные Штаты в значительной степени полагаются на иностранные ресурсы, сосредоточенные в Азии.

(2) Поскольку чипы становятся все более сложными, передовые методы упаковки представляют собой потенциальную область для значительного технологического прогресса. Однако США также не являются экономически эффективным местом для развития сильной передовой упаковочной промышленности, поскольку там отсутствует необходимая экосистема материалов;

(3) В ответ крупные китайские инвестиции могут разрушить существующие рынки.

(I) Основные оценки государства флага на базовую упаковку и тестирование.

(А) Основная информация

На внутреннем базовом этапе ATP чип (ядро) собирается в готовый продукт, который тестируется, упаковывается и собирается в электронику. На этапе ATP существует два режима: (1) OEM через IDM и (2) OEM. Литейные предприятия — это компании OSAT (чистая сборка и тестирование полупроводников), которые специализируются на тестировании, упаковке, сборке или сборке и предоставляют услуги по контракту. Что касается общего рынка ATP, на долю американских компаний пришлось 28% общей выручки; Хотя на американские компании приходится около 43% доходов вертикально интегрированной IDM ATP, американские компании передали производство ATP на аутсорсинг предприятиям за пределами США. Такие литейные предприятия, как TSMC (Тайвань), UMC (Тайвань), SMIC (материковый Китай) и XMC (материковый Китай), вошли в упаковочный бизнес, чтобы расширить производственные услуги, которые они предлагают клиентам, не имеющим собственных производственных мощностей, особенно в области современной упаковки небольших микросхем. TSMC выпустила свое первое передовое упаковочное решение в 2012 году. В 2017 году на рынке было более 100 различных OSAT. Есть восемь крупных OSATS; Большинство из них — игроки малого и среднего размера.

Хотя в США есть несколько компаний OSAT (в частности, «Амкор»), на долю американских компаний приходится только 15% бизнеса OSAT (лидирует Тайвань с 52%, за ним следует Китай с 21%), а «Амкор» базируется в США, но не имеет производственного предприятия. объект в США.

Базовый ATP традиционно представлял собой высокоавтоматизированный и недорогой бизнес, требующий значительных площадей и нанимающий в основном низкоквалифицированных работников (положение меняется с внедрением передовых упаковочных технологий, обсуждаемых ниже). Таким образом, эта операция стала первой фазой (начавшейся с 1970-х годов) аутсорсинга производства в США, который располагался преимущественно в Юго-Восточной Азии. Сегодня большинство аутсорсинговых заводов ATP находятся в Китае, Тайване и Юго-Восточной Азии (Сингапур, Малайзия, Филиппины и Вьетнам). В 120 году SEMI и Techsearch выявили более 360 аутсорсинговых компаний OSAT и 2018 упаковочных заводов по всему миру. Из 360 заводов более 100 находятся в Китае, около 100 на Тайване и 43 в Юго-Восточной Азии (остальные находятся в Европе или Америке). . Производство OSAT в Китае использует текущую основную технологию упаковки, но Китай разрабатывает передовые технологии упаковки.

Что касается тестирования, полупроводниковые технологии должны быть сертифицированы и испытаны, прежде чем их можно будет использовать в температурных диапазонах (расширенный диапазон), радиационной стойкости и суровых условиях по соображениям национальной безопасности. Это включает в себя тестирование эффектов отдельных частиц (SEE) с использованием инфраструктуры тестирования излучения тяжелых ионов. Существующая инфраструктура тестирования излучения тяжелых ионов в Соединенных Штатах хрупкая и не может удовлетворить текущие или будущие потребности тестирования SEE. Клиенты часто сталкиваются с длительным временем ожидания и ростом цен на испытания, а также уязвимы для значительного стресса, даже если крупный объект внезапно закрывается. «Существует менее полудюжины ускорительных LABS, которые могут производить ионные пучки достаточного ионного разнообразия и энергии для соответствия требованиям тестирования SEE». Это влияет на доступность тестов для поддержки будущих космических миссий между космическими агентствами и промышленностью (включая спутники).

(Б) Основные риски

Сегодня Соединенные Штаты обладают лишь 3 процентами мировых мощностей по производству корпусов полупроводников (без учета мощностей по тестированию), которые в основном предоставляются компаниями IDM, которые часто имеют предприятия ATP за пределами Соединенных Штатов. Хотя исторически это было низкотехнологичным компонентом цепочки поставок, это критический шаг. Зависимость Америки от необходимого производства АТФ в Юго-Восточной Азии, на Тайване и в Китае подвергает цепочку поставок США сбоям.

(II) Обсуждение Ситибанком передовых упаковочных технологий

(А) Основная информация

Хотя базовый АТФ традиционно был малоценным компонентом цепочки поставок, технологии упаковки становятся все более продвинутыми. На протяжении десятилетий полупроводниковая промышленность следовала закону Мура, который предсказывает, что количество транзисторов в полупроводнике удваивается примерно каждые два года. Сегодня преимущества в мощности и производительности от уменьшения размеров чипов на каждом новом узле процесса уменьшаются, а стоимость транзистора растет. Хотя сокращение размеров все еще возможно, поскольку масштабирование становится все более дорогим и сложным, полупроводниковая промышленность ищет альтернативы, предполагающие сборку небольших микросхем и/или нескольких интегральных схем в единый корпус. Это называется расширенной инкапсуляцией. Усовершенствованная упаковка представляет собой альтернативную и дополняющую технологию уменьшения ширины линии, поскольку она обеспечивает более высокую плотность микросхем на этапе упаковки, а не на уровне микросхемы, и позволяет интегрировать различные функции микросхем в одном корпусе. Усовершенствованная упаковка также позволяет более широко использовать готовые коммерческие (одобренные обороной) чипы для настройки решений.

К продвинутым типам упаковки относятся методы укладки микросхем (особенно микросхем памяти) и встроенные микросхемы, разветвление, упаковка на уровне пластины и упаковка на уровне системы (сборка небольших микросхем или нескольких микросхем в один корпус). Один из подходов к логическим микросхемам заключается в разделении стандартизированных IP-функций на различные микросхемы меньшего размера, называемые «микрочипами», соединенные через стандартные интерфейсы в одном корпусе. Маленькие чипы работают вместе с другими маленькими чипами, поэтому проекты должны оптимизироваться вместе, а не изолированно. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) и ВМС, а также игроки отрасли (AMD, Marvell и Intel) реализуют ряд проектов, исследующих этот подход. Усовершенствованная упаковка имеет значение для национальной безопасности, поскольку она учитывает функциональность, безопасность, объем и экологические характеристики, чтобы обеспечить настраиваемое оборудование для уникальных задач национальной безопасности.

На долю современной упаковки пришлось 42.6% от общей стоимости полупроводниковой упаковки в 2019 году, и ожидается, что она достигнет 2025 года. На ее долю будет приходиться почти половина всего рынка полупроводниковой упаковки. Это будет представлять собой совокупный годовой темп роста (CAGR) в размере 6.1% в период с 2014 по 2025 год, при этом доходы от более продвинутой упаковки удвоятся с 20 миллиардов долларов в 2014 году до примерно 42 миллиардов долларов в 2025 году. Это почти в три раза превышает ожидаемый рост рынка традиционной упаковки. , с прогнозируемым среднегодовым темпом роста в 2.2 процента в период с 2014 по 2025 год.

В десятку крупнейших мировых компаний по производству упаковки входят: две компании IDM (Intel в США и Samsung в Корее); TSMC также входит в десятку крупнейших в мире компаний по производству современной упаковки. В пятерку крупнейших в мире компаний по производству передовой упаковки OSAT входят ASE (Тайвань), SPIL (Тайвань), Amkor (США), Powertech Technology (Тайвань) и JCET (Китай). Кроме того, есть две более мелкие компании OSAT: Nepes Display (Корея) и Chipbond (Тайвань). Эти 10 компаний перерабатывают около трех четвертей современных чипов.

Усовершенствованную упаковку в США в основном предоставляют поставщики IDM, включая Intel, Texas Instruments и Micron. GlobalFoundries — это литейное предприятие в США, которое также предоставляет современные услуги по упаковке. Кроме того, более мелкие компании, такие как Micross, Skywater и Qorvo, предлагают передовые услуги по упаковке для удовлетворения нишевых оборонных и промышленных нужд.

Как упоминалось выше, хотя Китай в настоящее время не обладает мощными передовыми возможностями в области упаковки, он развивает передовые возможности в области упаковки, чтобы компенсировать отсутствие передового производства полупроводников.

По мере роста мощностей и спроса на усовершенствованную упаковку комментарии, представленные в ответ на Уведомление о расследовании Федеральной регистрации (NOI), указывали на отсутствие современных упаковочных материалов (на основе технологии печатных плат) и уязвимости в соответствующей цепочке поставок в США. Состояния. Поставщик базового материала находится в Азии. Основные компании-производители субстратов включают: Ibiden (Япония), Nanya (Тайвань), Shinko (Япония), Samsung (Корея), Unimicron (Тайвань), Shennan Circuits (Китай), Zhuhai Yueya (Китай) и AKM Electronics Industrial (Китай).

Кроме того, производство печатных плат переместилось в Китай, что сделало его более привлекательным рынком для поставщиков подложек. По оценкам IPC/USPAE, США отстают от Азии на 20 лет в технологии производства печатных плат для электронных приложений нового поколения. Когда-то на долю США приходилось более 30% мирового производства печатных плат; сейчас это составляет менее 5%

(Б) Основные риски

Инвестиции Китая в передовую упаковку угрожают будущим рынкам:

Хотя Китаю не хватает мощного современного упаковочного потенциала, китайское правительство вложило значительные средства в современную упаковку. В последние несколько лет передовая упаковка была в центре технологического внимания китайской полупроводниковой промышленности, и Государственный совет поставил перед собой задачу добиться того, чтобы к 30 году на долю современной упаковки приходилось около 2015 процентов всех доходов китайских поставщиков от упаковки. В январе 2021 года в SMIC был нанят новый вице-президент. Председатель сказал, что китайским компаниям следует сосредоточиться на усовершенствованной упаковке, чтобы преодолеть свою слабость в сокращении ширины линии полупроводников, что может сигнализировать о том, что SMIC будет агрессивно переходить к усовершенствованной упаковке. Стивен Хиберт, старший директор по маркетингу компании SEMICONDUCTOR Packaging KLA, сообщил в 2018 году, что «... мы наблюдаем значительные инвестиции OSAT в Китае, поскольку передовые упаковочные мощности увеличиваются, чтобы соответствовать китайским проектам передовых производственных предприятий».

Недостаточная мощность современных упаковочных материалов:

Усовершенствованные подложки для упаковки основаны на технологии печатных плат, которые в основном производятся в Азии и в основном в Китае. Это создает проблему для компаний, стремящихся инвестировать в современную упаковку в Соединенных Штатах.

Одних лишь потребностей обороны недостаточно для сохранения передовых упаковочных технологий в США:

Небольшое количество американских компаний предоставляют передовые упаковочные решения для нужд обороны, и эти компании занимают лишь небольшую долю рынка. Поскольку передовые возможности упаковки растут за пределами США, они вскоре превзойдут потребности обороны, а рыночные силы привлекут передовые возможности за рубежом. В конечном счете, количество стимулирует инновации и оперативное обучение; Без коммерческого объема США не смогут идти в ногу с технологиями с точки зрения качества, стоимости и рабочей силы.

(3) Резюме

Подводя итог, можно сказать, что США полагаются на иностранные ресурсы, сконцентрированные в Азии, для создания внутренних мощностей ATP, что создает риск нарушения цепочки поставок в этой части цепочки поставок. Инкапсуляция становится все более продвинутой, поскольку отрасль ищет новые способы компенсировать сложность функций все меньшего и меньшего размера на самых продвинутых или самых маленьких узлах, более низкую доходность и уменьшающуюся предельную отдачу. Хотя Соединенные Штаты и их партнеры обладают передовыми возможностями в области упаковки, крупные инвестиции Китая в современную упаковку могут разрушить рынок в будущем. Кроме того, в США отсутствует экосистема для разработки передовых упаковочных технологий.

Отказ от ответственности: эта статья перепечатана из «Ресторанной беседы мистера Вана», эта статья представляет только личные взгляды автора, не отражает взгляды Саквея и отрасли, только для перепечатки и распространения, поддержки защиты прав интеллектуальной собственности, перепечатки пожалуйста, укажите первоисточник и автора, если есть нарушение, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления.