(Volgende op deel I: Ontwerp van geïntegreerde schakelingen; Deel II: Productie van geïntegreerde schakelingen)

V. ATP (Assembly, Test, andPackaging) en geavanceerde verpakking

Basisconclusies over assemblage, testen, verpakken en geavanceerde verpakkingen:

(1) Voor de relatief low-tech back-end halfgeleider ATP zijn de Verenigde Staten sterk afhankelijk van buitenlandse hulpbronnen die geconcentreerd zijn in Azië.

(2) Naarmate chips complexer worden, vertegenwoordigen geavanceerde verpakkingsmethoden potentiële gebieden voor aanzienlijke technologische vooruitgang. De VS zijn echter ook geen kosteneffectieve plek om een ​​sterke, geavanceerde verpakkingsindustrie te ontwikkelen, omdat het land niet over het noodzakelijke materialenecosysteem beschikt;

(3) Als reactie daarop zouden zware Chinese investeringen de bestaande markten kunnen ontwrichten.

(I) Basisschattingen van de vlaggenstaat van basisverpakkingen en tests

(A) Basisinformatie

In de back-end basis-ATP-fase wordt de chip (kern) geassembleerd tot een eindproduct, dat wordt getest, verpakt en geassembleerd tot elektronica. Er zijn twee modi voor de ATP-fase: (1) OEM door IDM en (2) OEM. Foundries zijn OSAT-bedrijven (pure semiconductor Assembly and Testing) die gespecialiseerd zijn in testen, verpakken, assembleren of assembleren en contractdiensten verlenen. In termen van de totale ATP-markt waren Amerikaanse bedrijven goed voor 28% van de totale omzet; Hoewel Amerikaanse bedrijven ongeveer 43% van de verticaal geïntegreerde IDM ATP-inkomsten voor hun rekening nemen, hebben Amerikaanse bedrijven de ATP-productie uitbesteed aan faciliteiten buiten de VS. Gieterijen zoals TSMC (Taiwan), UMC (Taiwan), SMIC (vasteland China) en XMC (vasteland China) zijn de verpakkingssector betreden om de productiediensten die zij aanbieden aan fabelachtige klanten uit te breiden, vooral voor de geavanceerde verpakking van kleine chips. TSMC lanceerde zijn eerste geavanceerde verpakkingsoplossing in 2012. In 2017 waren er meer dan 100 verschillende OSATS op de markt. Er zijn acht grote OSATS; De meeste zijn kleine tot middelgrote spelers.

Hoewel er enkele Amerikaanse OSAT-bedrijven zijn (met name Amkor), nemen Amerikaanse bedrijven slechts 15% van de activiteiten van OSAT voor hun rekening (Taiwan leidt met 52%, gevolgd door China met 21%), en Amkor is gevestigd in de VS, maar heeft geen productiefaciliteiten. faciliteit in de VS.

Basis-ATP is van oudsher een sterk geautomatiseerd bedrijf met een lage waarde, dat een aanzienlijke footprint vereist en vooral laaggeschoolde werknemers in dienst heeft (dit verandert met de introductie van de geavanceerde verpakkingstechnologieën die hieronder worden besproken). Deze operatie vormde dus de eerste fase (beginnend in de jaren zeventig) van de uitbesteding van de productie in de Verenigde Staten, voornamelijk naar Zuidoost-Azië. Tegenwoordig bevinden de meeste ATP-outsourcingfabrieken zich in China, Taiwan en Zuidoost-Azië (Singapore, Maleisië, de Filippijnen en Vietnam). SEMI en Techsearch hebben in 1970 wereldwijd meer dan 120 OSAT-outsourcingbedrijven en 360 verpakkingsfabrieken geïdentificeerd. Van de 2018 ​​fabrieken zijn er meer dan 360 in China, ongeveer 100 in Taiwan en 100 in Zuidoost-Azië (de andere bevinden zich in Europa of Amerika). . De OSAT-productie in China maakt gebruik van de huidige reguliere verpakkingstechnologie, maar China ontwikkelt geavanceerde verpakkingstechnologie.

Aan de testzijde moeten halfgeleidertechnologieën worden gecertificeerd en getest voordat ze om nationale veiligheidsredenen kunnen worden gebruikt in militaire temperatuurbereiken (uitgebreid bereik), stralingsweerstand en zware omstandigheden. Dit omvat het testen van single-particle effects (SEE) met behulp van de testinfrastructuur voor zware ionenstraling. De bestaande testinfrastructuur voor zware ionenstraling in de Verenigde Staten is kwetsbaar en kan niet voldoen aan de huidige of toekomstige SEE-testbehoeften. Klanten hebben vaak te maken met lange wachttijden en stijgende testprijzen, en zijn kwetsbaar voor aanzienlijke stress, zelfs als een grote faciliteit plotseling wordt gesloten. "Er zijn minder dan zes versneller-LABS die ionenbundels kunnen produceren met voldoende ionenvariëteit en energie om aan de SEE-testvereisten te voldoen." Dit heeft invloed op de beschikbaarheid van tests ter ondersteuning van toekomstige ruimtemissies tussen ruimtevaartagentschappen en de industrie (inclusief satellieten).

(B) Grote risico's

Tegenwoordig beschikken de Verenigde Staten over slechts 3 procent van de mondiale capaciteit voor het verpakken van halfgeleiders (exclusief testcapaciteit), voornamelijk geleverd door IDM-bedrijven, die vaak over ATP-faciliteiten buiten de Verenigde Staten beschikken. Hoewel dit van oudsher een low-tech onderdeel van de toeleveringsketen is, is het een cruciale stap. De Amerikaanse afhankelijkheid van essentiële ATP-productie in Zuidoost-Azië, Taiwan en China stelt de Amerikaanse toeleveringsketen bloot aan ontwrichting.

(II) De discussie van Citibank over geavanceerde verpakkingstechnologie

(A) Basisinformatie

Hoewel basis-ATP van oudsher een laagwaardig onderdeel van de toeleveringsketen is, worden verpakkingstechnologieën steeds geavanceerder. Decennia lang heeft de halfgeleiderindustrie gelijke tred gehouden met de wet van Moore, die voorspelt dat het aantal transistors op een halfgeleider ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Tegenwoordig nemen de vermogens- en prestatievoordelen van het verkleinen van de chipgroottes bij elk nieuw procesknooppunt af, terwijl de kosten per transistor stijgen. Hoewel inkrimping nog steeds een optie is, omdat schaalvergroting duurder en moeilijker wordt, zoekt de halfgeleiderindustrie naar alternatieven waarbij kleine chips en/of meerdere geïntegreerde schakelingen in één pakket worden samengevoegd. Dit wordt geavanceerde inkapseling genoemd. Geavanceerde verpakking vertegenwoordigt een alternatieve en complementaire technologie voor lijnbreedtereductie, omdat het een hogere chipdichtheid biedt in de pakketfase in plaats van op chipniveau, en de integratie van verschillende chipfuncties binnen één pakket mogelijk maakt. Geavanceerde verpakkingen maken ook een groter gebruik van in de handel verkrijgbare (door defensie goedgekeurde) chips mogelijk om oplossingen op maat te maken.

Geavanceerde verpakkingstypen omvatten technieken voor het stapelen van chips (vooral geheugenchips) en ingebedde chips, fan-out, verpakking op waferniveau en verpakking op systeemniveau (het samenvoegen van kleine chips of meerdere chips in een enkele verpakking). Eén benadering van logica-chips is het scheiden van gestandaardiseerde IP-functies in verschillende, kleinere chips, "microchips" genoemd, die via standaardinterfaces op één pakket zijn verbonden. Kleine chips werken samen met andere kleine chips, dus ontwerpen moeten samen worden geoptimaliseerd en kunnen niet afzonderlijk worden ontworpen. Het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en de marine, evenals spelers uit de industrie (AMD, Marvell en Intel), hebben een aantal projecten waarin deze aanpak wordt onderzocht. Geavanceerde verpakkingen zijn van nationale veiligheidswaarde door de functionaliteit, veiligheid, volume en milieuprestaties op te splitsen om aanpasbare apparatuur te bieden voor unieke nationale veiligheidstoepassingen.

Geavanceerde verpakkingen waren in 42.6 goed voor 2019% van de totale waarde van halfgeleiderverpakkingen en zullen naar verwachting in 2025 worden bereikt. Zal bijna de helft van de gehele markt voor halfgeleiderverpakkingen vertegenwoordigen. Dit zou tussen 6.1 en 2014 een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 2025% vertegenwoordigen, waarbij de inkomsten uit geavanceerdere verpakkingen zouden verdubbelen van 20 miljard dollar in 2014 naar ongeveer 42 miljard dollar in 2025. Dit is bijna drie keer de verwachte groei van de traditionele verpakkingsmarkt. , met een verwachte CAGR van 2.2 procent tussen 2014 en 2025.

Tot de top 10 van geavanceerde verpakkingsbedrijven ter wereld behoren: twee IDM-bedrijven (Intel uit de Verenigde Staten en Samsung Korea); TSMC behoort ook tot de top 10 van geavanceerde verpakkingsbedrijven ter wereld. Tot de top vijf van geavanceerde verpakkingsbedrijven van OSAT ter wereld behoren ASE (Taiwan), SPIL (Taiwan), Amkor (VS), Powertech Technology (Taiwan) en JCET (China). Daarnaast zijn er twee kleinere OSAT-bedrijven, Nepes Display (Korea) en Chipbond (Taiwan). De tien bedrijven verwerken ongeveer driekwart van de geavanceerde verpakte chips.

Geavanceerde verpakkingen in de Verenigde Staten worden voornamelijk geleverd door IDM-leveranciers, waaronder Intel, Texas Instruments en Micron. GlobalFoundries is een in de VS gevestigde gieterij die ook geavanceerde verpakkingsdiensten levert. Daarnaast bieden kleinere bedrijven, zoals Micross, Skywater en Qorvo, geavanceerde verpakkingsdiensten aan om te voldoen aan niche-defensie- en industriële behoeften.

Zoals hierboven vermeld, ontwikkelt China momenteel weliswaar geen sterke geavanceerde verpakkingsmogelijkheden, maar ontwikkelt het wel geavanceerde verpakkingsmogelijkheden om het gebrek aan geavanceerde halfgeleiderproductie te compenseren.

Naarmate de capaciteit en de vraag naar geavanceerde verpakkingen groeit, wezen opmerkingen die naar aanleiding van een Federal Registration Notice of Investigation (NOI) werden ingediend op het gebrek aan geavanceerde verpakkingssubstraten (gebaseerd op printplaattechnologie) en kwetsbaarheden in de bijbehorende toeleveringsketen in de Verenigde Staten. Staten. Leverancier van basismaterialen is gevestigd in Azië. Grote substraatbedrijven zijn onder meer: ​​Ibiden (Japan), Nanya (Taiwan), Shinko (Japan), Samsung (Korea), Unimicron (Taiwan), Shennan Circuits (China), Zhuhai Yueya (China) en AKM Electronics Industrial (China).

Bovendien is de PCB-productie naar China verhuisd, waardoor het een aantrekkelijkere markt wordt voor substraatleveranciers. IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) schat dat de VS twintig jaar achterloopt op Azië op het gebied van de productietechnologie voor printplaten voor de volgende generatie elektronicatoepassingen. De VS waren ooit goed voor meer dan 20% van de productie van printplaten in de wereld; nu is het goed voor minder dan 30%

(B) Grote risico's

Chinese investeringen in geavanceerde verpakkingen bedreigen toekomstige markten:

Hoewel China geen sterke geavanceerde verpakkingscapaciteit heeft, heeft de Chinese overheid zwaar geïnvesteerd in geavanceerde verpakkingen. Geavanceerde verpakkingen zijn de afgelopen jaren de technologische focus geweest van de Chinese halfgeleiderindustrie, waarbij de Staatsraad ernaar streeft dat geavanceerde verpakkingen in 30 ongeveer 2015 procent van alle verpakkingsinkomsten voor Chinese leveranciers zullen uitmaken. In januari 2021 werd de nieuw aangeworven vice-directeur van SMIC De voorzitter zei dat Chinese bedrijven zich moeten concentreren op geavanceerde verpakkingen om hun zwakte in het verminderen van de lijnbreedte van halfgeleiders te overwinnen, wat een signaal zou kunnen zijn dat SMIC agressief zal overgaan op geavanceerde verpakkingen. Stephen Hiebert, senior marketingdirecteur bij SEMICONDUCTOR Packaging KLA, meldde in 2018 dat "... we sterke OSAT-investeringen in China zien naarmate de geavanceerde verpakkingscapaciteit toeneemt om te passen bij China's front-end fabrieksprojecten."

Onvoldoende capaciteit aan geavanceerde verpakkingsmaterialen:

Geavanceerde verpakkingssubstraten zijn gebaseerd op printplaattechnologie, die voornamelijk in Azië en vooral in China wordt vervaardigd. Dit vormt een uitdaging voor bedrijven die willen investeren in geavanceerde verpakkingen in de Verenigde Staten.

Defensiebehoeften alleen zijn niet voldoende om geavanceerde verpakkingstechnologie in de VS te behouden:

Een klein aantal Amerikaanse bedrijven levert geavanceerde verpakkingsoplossingen voor defensiebehoeften, en deze bedrijven hebben slechts een klein marktaandeel. Naarmate de geavanceerde verpakkingscapaciteiten buiten de VS groeien, zullen deze binnenkort de defensiebehoeften overstijgen en zullen de marktkrachten geavanceerde capaciteiten in het buitenland aantrekken. Uiteindelijk drijft kwantiteit innovatie en operationeel leren; Zonder commercieel volume zullen de VS de technologie niet kunnen bijhouden in termen van kwaliteit, kosten of arbeid.

(3) Samenvatting

Samenvattend zijn de VS voor back-end ATP-capaciteit afhankelijk van buitenlandse hulpbronnen die geconcentreerd zijn in Azië, waardoor het risico op verstoring van de toeleveringsketen in dit deel van de toeleveringsketen ontstaat. Inkapseling wordt steeds geavanceerder naarmate de industrie op zoek gaat naar nieuwe manieren om de complexiteit van steeds kleinere featuregroottes op de meest geavanceerde of kleinste knooppunten, lagere opbrengsten en afnemende marginale rendementen te compenseren. Terwijl de Verenigde Staten en hun partners over geavanceerde verpakkingsmogelijkheden beschikken, hebben de zware investeringen van China in geavanceerde verpakkingen het potentieel om de markt in de toekomst te ontwrichten. Bovendien ontbreekt het de VS aan een ecosysteem om geavanceerde verpakkingstechnologieën te ontwikkelen.

Disclaimer: dit artikel is een herdruk van "Mr. Wang's Restaurant Talk", dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur, vertegenwoordigt niet de mening van Sakwei en de industrie, alleen om te herdrukken en te delen, de bescherming van intellectuele eigendomsrechten te ondersteunen, herdruk geef de originele bron en auteur aan. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.