(Tiếp theo Phần I: Thiết kế mạch tích hợp; Phần II: Chế tạo mạch tích hợp)

V. ATP (Lắp ráp, Kiểm tra và Đóng gói) và đóng gói tiên tiến

Những kết luận cơ bản về lắp ráp, thử nghiệm, đóng gói và đóng gói tiên tiến:

(1) Đối với ATP bán dẫn phụ trợ công nghệ tương đối thấp, Hoa Kỳ phụ thuộc rất nhiều vào nguồn lực nước ngoài tập trung ở châu Á.

(2) Khi chip trở nên phức tạp hơn, các phương pháp đóng gói tiên tiến thể hiện các lĩnh vực tiềm năng cho tiến bộ công nghệ đáng kể. Tuy nhiên, Mỹ cũng không phải là nơi tiết kiệm chi phí để phát triển ngành bao bì tiên tiến mạnh mẽ vì thiếu hệ sinh thái nguyên liệu cần thiết;

(3) Đáp lại, đầu tư lớn của Trung Quốc có thể phá vỡ các thị trường hiện tại.

(I) Ước tính cơ bản của Quốc gia treo cờ về việc đóng gói và thử nghiệm cơ bản

(A) Thông tin cơ bản

Ở giai đoạn ATP cơ bản back-end, chip (lõi) được lắp ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh, được kiểm tra, đóng gói và lắp ráp thành thiết bị điện tử. Có hai chế độ cho giai đoạn ATP :(1) OEM của IDM và (2) OEM. Xưởng đúc là các công ty OSAT (Lắp ráp và Thử nghiệm chất bán dẫn thuần túy) chuyên thử nghiệm, đóng gói, lắp ráp hoặc lắp ráp và cung cấp dịch vụ theo hợp đồng. Xét về tổng thị trường ATP, các công ty Mỹ chiếm 28% tổng doanh thu; Mặc dù các công ty Hoa Kỳ chiếm khoảng 43% doanh thu IDM ATP tích hợp theo chiều dọc, các công ty Hoa Kỳ đã thuê ngoài sản xuất ATP cho các cơ sở bên ngoài Hoa Kỳ. Các xưởng đúc như TSMC (Đài Loan), UMC (Đài Loan), SMIC (Trung Quốc đại lục) và XMC (Trung Quốc đại lục) đã tham gia kinh doanh bao bì để tăng cường dịch vụ sản xuất mà họ cung cấp cho những khách hàng không có kinh nghiệm, đặc biệt là đối với việc đóng gói tiên tiến các chip nhỏ. TSMC ra mắt giải pháp đóng gói tiên tiến đầu tiên vào năm 2012. Năm 2017, có hơn 100 OSATS khác nhau trên thị trường. Có tám OSATS lớn; Hầu hết là những người chơi có quy mô vừa và nhỏ.

Mặc dù có một số công ty OSAT của Mỹ (đặc biệt là Amkor), các công ty Mỹ chỉ chiếm 15% hoạt động kinh doanh của OSAT (Đài Loan dẫn đầu với 52%, tiếp theo là Trung Quốc với 21%), còn Amkor có trụ sở tại Mỹ nhưng không có cơ sở sản xuất. cơ sở ở Mỹ.

ATP cơ bản theo truyền thống là một hoạt động kinh doanh có giá trị thấp và tự động hóa cao, đòi hỏi quy mô đáng kể và sử dụng hầu hết các công nhân có tay nghề thấp (điều này đang thay đổi với sự ra đời của các công nghệ đóng gói tiên tiến được thảo luận dưới đây). Vì vậy, hoạt động này là giai đoạn đầu tiên (bắt đầu từ những năm 1970) của hoạt động gia công sản xuất ở Hoa Kỳ, chủ yếu là sang Đông Nam Á. Ngày nay, hầu hết các nhà máy gia công ATP đều ở Trung Quốc, Đài Loan và Đông Nam Á (Singapo, Malaysia, Philippines và Việt Nam). SEMI và Techsearch đã xác định hơn 120 công ty gia công OSAT và 360 nhà máy đóng gói trên toàn thế giới vào năm 2018. Trong số 360 nhà máy, có hơn 100 nhà máy ở Trung Quốc, khoảng 100 nhà máy ở Đài Loan và 43 nhà máy ở Đông Nam Á (các nhà máy còn lại ở Châu Âu hoặc Châu Mỹ) . Sản xuất OSAT ở Trung Quốc sử dụng công nghệ đóng gói phổ biến hiện nay, nhưng Trung Quốc đang phát triển công nghệ đóng gói tiên tiến.

Về mặt thử nghiệm, các công nghệ bán dẫn phải được chứng nhận và thử nghiệm trước khi có thể sử dụng trong phạm vi nhiệt độ (phạm vi mở rộng), khả năng chống bức xạ và môi trường khắc nghiệt vì lý do an ninh quốc gia. Điều này bao gồm thử nghiệm hiệu ứng hạt đơn (SEE) bằng cơ sở hạ tầng thử nghiệm bức xạ ion nặng. Cơ sở hạ tầng thử nghiệm bức xạ ion nặng hiện có tại Hoa Kỳ rất mong manh và không thể đáp ứng nhu cầu thử nghiệm SEE hiện tại hoặc trong tương lai. Khách hàng thường phải chờ đợi lâu và giá thử nghiệm tăng cao, đồng thời dễ bị căng thẳng đáng kể ngay cả khi một cơ sở lớn đột nhiên ngừng hoạt động. "Có ít hơn nửa tá PHÒNG THÍ NGHIỆM máy gia tốc có thể tạo ra chùm ion có đủ loại ion và năng lượng để đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm SEE". Điều này ảnh hưởng đến tính khả dụng của các thử nghiệm để hỗ trợ các sứ mệnh không gian trong tương lai giữa các cơ quan không gian và ngành công nghiệp (bao gồm cả vệ tinh).

(B) Rủi ro chính

Ngày nay, Hoa Kỳ chỉ có 3% công suất đóng gói chất bán dẫn toàn cầu (không bao gồm năng lực thử nghiệm), chủ yếu được cung cấp bởi các công ty IDM, thường có cơ sở ATP bên ngoài Hoa Kỳ. Mặc dù trước đây đây là một thành phần công nghệ thấp của chuỗi cung ứng nhưng đây là một bước quan trọng. Sự phụ thuộc của Mỹ vào hoạt động sản xuất ATP thiết yếu ở Đông Nam Á, Đài Loan và Trung Quốc khiến chuỗi cung ứng của Mỹ bị gián đoạn.

(II) Tọa đàm của Citibank về công nghệ đóng gói tiên tiến

(A) Thông tin cơ bản

Trong khi ATP cơ bản theo truyền thống là một thành phần có giá trị thấp trong chuỗi cung ứng thì công nghệ đóng gói ngày càng trở nên tiên tiến. Trong nhiều thập kỷ, ngành công nghiệp bán dẫn đã theo kịp Định luật Moore, dự đoán rằng số lượng bóng bán dẫn trên chất bán dẫn sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm. Ngày nay, lợi ích về năng lượng và hiệu suất của việc thu nhỏ kích thước chip tại mỗi nút quy trình mới đang giảm dần, trong khi chi phí cho mỗi bóng bán dẫn ngày càng tăng. Mặc dù thu nhỏ kích thước vẫn là một lựa chọn, vì việc mở rộng quy mô trở nên đắt đỏ và khó khăn hơn, ngành công nghiệp bán dẫn đang tìm kiếm các giải pháp thay thế liên quan đến việc lắp ráp các chip nhỏ và/hoặc nhiều mạch tích hợp thành một gói duy nhất. Điều này được gọi là đóng gói nâng cao. Bao bì nâng cao thể hiện một công nghệ thay thế và bổ sung cho việc giảm độ rộng đường truyền vì nó cung cấp mật độ chip cao hơn ở giai đoạn đóng gói thay vì ở cấp độ chip và cho phép tích hợp các chức năng chip khác nhau trong một gói duy nhất. Bao bì tiên tiến cũng cho phép sử dụng nhiều hơn các chip thương mại sẵn có (đã được quốc phòng phê duyệt) để tùy chỉnh các giải pháp.

Các kiểu đóng gói nâng cao bao gồm kỹ thuật xếp chồng chip (đặc biệt là chip nhớ) và chip nhúng, đóng gói dạng quạt, đóng gói ở cấp độ wafer và đóng gói ở cấp độ hệ thống (lắp ráp các chip nhỏ hoặc nhiều chip vào một gói duy nhất). Một cách tiếp cận với chip logic là tách các chức năng IP được tiêu chuẩn hóa thành các chip khác nhau, nhỏ hơn, được gọi là "vi mạch", được kết nối thông qua các giao diện tiêu chuẩn trên một gói duy nhất. Các chip nhỏ hoạt động với các chip nhỏ khác nên các thiết kế phải được tối ưu hóa cùng nhau và không thể thiết kế riêng lẻ. Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) và Hải quân, cũng như các công ty trong ngành (AMD, Marvell và Intel), có một số dự án khám phá phương pháp này. Bao bì tiên tiến có giá trị an ninh quốc gia bằng cách chia nhỏ chức năng, độ an toàn, khối lượng và hiệu suất môi trường để cung cấp thiết bị có thể tùy chỉnh cho các ứng dụng an ninh quốc gia độc đáo.

Bao bì tiên tiến chiếm 42.6% tổng giá trị bao bì bán dẫn vào năm 2019 và dự kiến ​​sẽ đạt đến năm 2025. Sẽ chiếm gần một nửa toàn bộ thị trường bao bì bán dẫn. Điều này sẽ thể hiện tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 6.1% từ năm 2014 đến năm 2025, với doanh thu từ bao bì tiên tiến hơn tăng gấp đôi từ 20 tỷ USD năm 2014 lên khoảng 42 tỷ USD vào năm 2025. Con số này gần gấp ba lần mức tăng trưởng dự kiến ​​của thị trường bao bì truyền thống. , với tốc độ CAGR dự kiến ​​là 2.2% trong giai đoạn 2014-2025.

Top 10 công ty đóng gói tiên tiến nhất thế giới bao gồm: hai công ty IDM (Intel của Hoa Kỳ và Samsung Hàn Quốc); TSMC cũng là một trong 10 công ty bao bì tiên tiến hàng đầu thế giới. Năm công ty sản xuất bao bì tiên tiến OSAT hàng đầu thế giới gồm có ASE (Đài Loan), SPIL (Đài Loan), Amkor (Mỹ), Powertech Technology (Đài Loan) và JCET (Trung Quốc). Ngoài ra, còn có hai công ty OSAT nhỏ hơn là Nepes Display (Hàn Quốc) và Chipbond (Đài Loan). 10 công ty này xử lý khoảng XNUMX/XNUMX số chip đóng gói tiên tiến.

Bao bì nâng cao ở Hoa Kỳ chủ yếu được cung cấp bởi các nhà cung cấp IDM, bao gồm Intel, Texas Instruments và Micron. GlobalFoundries là một công ty đúc có trụ sở tại Hoa Kỳ cũng cung cấp các dịch vụ đóng gói tiên tiến. Ngoài ra, các công ty nhỏ hơn, chẳng hạn như Micross, Skywater và Qorvo, cung cấp các dịch vụ đóng gói tiên tiến để đáp ứng nhu cầu công nghiệp và quốc phòng.

Như đã đề cập ở trên, mặc dù Trung Quốc hiện không có năng lực đóng gói tiên tiến mạnh mẽ nhưng nước này đang phát triển năng lực đóng gói tiên tiến để bù đắp cho việc thiếu năng lực sản xuất chất bán dẫn tiên tiến.

Khi năng lực và nhu cầu về bao bì tiên tiến tăng lên, các bình luận được gửi để phản hồi Thông báo Điều tra Đăng ký Liên bang (NOI) đã chỉ ra việc thiếu chất nền đóng gói tiên tiến (dựa trên công nghệ bảng mạch in) và các lỗ hổng trong chuỗi cung ứng liên quan ở Hoa Kỳ. Những trạng thái. Nhà cung cấp vật liệu cơ bản nằm ở Châu Á. Các công ty sản xuất chất nền lớn bao gồm: Ibiden (Nhật Bản), Nanya (Đài Loan), Shinko (Nhật Bản), Samsung (Hàn Quốc), Unimicron (Đài Loan), Shennan Circuits (Trung Quốc), Zhuhai Yueya (Trung Quốc) và AKM Electronics Industrial (Trung Quốc).

Ngoài ra, hoạt động sản xuất PCB đã chuyển sang Trung Quốc, khiến nơi đây trở thành thị trường hấp dẫn hơn đối với các nhà cung cấp chất nền. IPC/US Đáng tin cậy Electronics Partnership (USPAE) ước tính Mỹ đi sau châu Á 20 năm về công nghệ sản xuất bảng mạch in cho các ứng dụng điện tử thế hệ tiếp theo, Mỹ từng chiếm hơn 30% sản lượng bảng mạch in của thế giới; bây giờ nó chiếm ít hơn 5%

(B) Rủi ro chính

Đầu tư của Trung Quốc vào bao bì tiên tiến đe dọa thị trường tương lai:

Trong khi Trung Quốc thiếu năng lực đóng gói tiên tiến mạnh mẽ, chính phủ Trung Quốc đã đầu tư rất nhiều vào bao bì tiên tiến. Bao bì tiên tiến là trọng tâm công nghệ của ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc trong vài năm qua. Hội đồng Nhà nước đặt mục tiêu bao bì tiên tiến chiếm khoảng 30% tổng doanh thu bao bì của các nhà cung cấp Trung Quốc vào năm 2015. Vào tháng 2021 năm 2018, phó phòng mới được thuê của SMIC Chủ tịch cho biết rằng các công ty Trung Quốc nên tập trung vào bao bì tiên tiến để khắc phục điểm yếu trong việc giảm độ rộng dòng bán dẫn, điều này có thể báo hiệu rằng SMIC sẽ tích cực chuyển sang lĩnh vực bao bì tiên tiến. Stephen Hiebert, Giám đốc tiếp thị cấp cao của SEMICONDUCTOR Packaging KLA, đã báo cáo vào năm XNUMX rằng "... Chúng tôi đang thấy các khoản đầu tư OSAT mạnh mẽ ở Trung Quốc khi công suất đóng gói tiên tiến tăng lên để phù hợp với các dự án nhà máy mặt tiền của Trung Quốc."

Vật liệu đóng gói tiên tiến chưa đủ năng lực:

Chất nền đóng gói tiên tiến dựa trên công nghệ bảng mạch in, hầu hết được sản xuất ở Châu Á và chủ yếu ở Trung Quốc. Điều này đặt ra thách thức cho các công ty đang tìm cách đầu tư vào bao bì tiên tiến tại Hoa Kỳ.

Chỉ riêng nhu cầu quốc phòng là không đủ để giữ công nghệ đóng gói tiên tiến ở Mỹ:

Một số ít công ty Mỹ cung cấp giải pháp đóng gói tiên tiến cho nhu cầu quốc phòng và những công ty này chỉ chiếm thị phần nhỏ. Khi khả năng đóng gói tiên tiến phát triển bên ngoài Hoa Kỳ, chúng sẽ sớm vượt quá nhu cầu quốc phòng và các lực lượng thị trường sẽ thu hút các khả năng tiên tiến ở nước ngoài. Cuối cùng, số lượng thúc đẩy sự đổi mới và học hỏi trong vận hành; Nếu không có khối lượng thương mại, Mỹ sẽ không thể theo kịp công nghệ về chất lượng, chi phí hay nhân công.

(3) Tóm tắt

Tóm lại, Mỹ dựa vào nguồn lực nước ngoài tập trung ở châu Á để cung cấp năng lực ATP phụ trợ, điều này tạo ra rủi ro gián đoạn chuỗi cung ứng ở phần này của chuỗi cung ứng. Việc đóng gói ngày càng trở nên tiên tiến hơn khi ngành tìm kiếm những cách mới để bù đắp cho sự phức tạp của kích thước tính năng ngày càng nhỏ hơn tại các nút tiên tiến nhất hoặc nhỏ nhất, năng suất thấp hơn và lợi nhuận cận biên giảm dần. Trong khi Hoa Kỳ và các đối tác có năng lực đóng gói tiên tiến, thì việc Trung Quốc đầu tư mạnh vào bao bì tiên tiến có khả năng phá vỡ thị trường trong tương lai. Ngoài ra, Mỹ thiếu hệ sinh thái để phát triển các công nghệ đóng gói tiên tiến.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được in lại từ "Cuộc trò chuyện tại nhà hàng của ông Wang", bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả, không thể hiện quan điểm của Sakwei và ngành, chỉ để in lại và chia sẻ, hỗ trợ bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ, in lại vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả, nếu có vi phạm vui lòng liên hệ để xóa.