ABF bleibt ein kritischer Schwachpunkt in der Lieferkette für IC-Verpackungen

Die Halbleiterindustrie steht vor einer wachsenden Herausforderung in ihrer Lieferkette, und heute sprechen wir nicht über die Chips selbst. Ajinomoto Build-up Film (ABF), eine kritische Komponente in der fortschrittlichen IC-Verpackung, ist zu einem potenziellen Engpass in der Produktion von Hochleistungsprozessoren geworden. Da die Nachfrage nach Spitzenelektronik weiterhin steigt, kämpft der ABF-Substratmarkt darum, mitzuhalten, und schafft eine prekäre Situation für Chip-Hersteller und ihre Kunden.

Die Bedeutung von ABF in der Halbleiterherstellung

Als das am häufigsten verwendete Material in IC-Substraten ist ABF ein entscheidendes Bindeglied zwischen integrierten Schaltkreisen und gedruckten Schaltkarten und bietet elektrische Isolation, Wärmeableitung und Signalverteilung. Erstmals 1999 von Ajinomoto eingeführt, wurde ABF schnell zum Material der Wahl für die Verpackung von Hochleistungsprozessoren aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften. Der Film, bestehend aus Epoxidharz und anorganischen Füllstoffen, bietet eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität und erleichtert die Erstellung von Mikroskalen-Schaltungen durch fortschrittliche Fertigungstechniken.

Die Bedeutung von ABF in der modernen Elektronik kann nicht genug betont werden. Es ist das bevorzugte Material für die Verpackung von CPUs, GPUs, SoCs und anderen fortschrittlichen Komponenten, die unsere Smartphones, Computer, Datenzentren und zunehmend auch unsere Fahrzeuge antreiben. Die Fähigkeit des Materials, feine Leiterbahnbreiten zu unterstützen und seine Kompatibilität mit additiven Prozessen haben es unverzichtbar gemacht bei der Herstellung von High-Density-Interconnect (HDI) und Ultra-HDI-PCBs.

Steigende ABF-Nachfrage und Marktwachstum

Der ABF-Markt hat in den letzten Jahren ein bemerkenswertes Wachstum erlebt. Laut Thornburg Investment Management wird er von 832,5 Millionen US-Dollar im Jahr 2020 auf erwartete 3,01 Milliarden US-Dollar im Jahr 2028 wachsen, was einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 17,43% entspricht. Dieses rasante Wachstum des ABF-Einsatzes wird größtenteils von der Halbleiterindustrie angetrieben, obwohl Ultra-High-Density-Interconnect (UHDI) PCBs ebenfalls ein Wachstumstreiber sein werden.

5 Treiber für die gestiegene ABF-Nachfrage

Mehrere Kräfte treiben das Wachstum der ABF-Nachfrage an:

1. Miniaturisierung: Der unermüdliche Drang nach kleineren, leistungsfähigeren Geräten ist ein Schlüsselfaktor für die Nachfrage nach ABF. Mit der Verkleinerung der Komponenten steigt der Bedarf an fortschrittlichen Verpackungslösungen, die höhere Dichten und feinere Abstände bewältigen können. Moderne Smartphones beispielsweise bündeln mehr Rechenleistung als frühe Supercomputer in einem taschengroßen Gerät. Diese Art der Miniaturisierung ist nur mit fortschrittlichen Verpackungsmaterialien wie ABF möglich, die die komplexen Verbindungen ermöglichen, die in solch kompakten Designs erforderlich sind.
2. 5G-Technologie: 5G erfordert fortschrittliche Halbleiter, die in der Lage sind, massive Datenmengen mit hohen Geschwindigkeiten zu verarbeiten. ABF-Substrate sind entscheidend für die Verpackung dieser Chips und ermöglichen die ultraschnelle, latenzarme Kommunikation, die 5G verspricht. Die ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften von ABF eignen sich gut für 5G-Anwendungen, bei denen die Signalintegrität entscheidend ist. Mit der weiteren Einführung von 5G-fähigen Geräten und Infrastrukturen wird erwartet, dass die Nachfrage nach ABF in diesen Anwendungen signifikant wachsen wird.
3. Nachhaltigkeit: ABF wird im Vergleich zu traditionellen Materialien als umweltfreundlichere Option betrachtet, da es effizientere Designs unterstützt und den Gesamtmaterialverbrauch reduziert. ABF-Substrate tragen auch zur Nachhaltigkeit bei, indem sie effizientere Chipdesigns ermöglichen, die weniger Strom verbrauchen. Dies verlängert die Akkulaufzeit tragbarer Geräte und reduziert den Gesamtenergieverbrauch von Rechenzentren und anderen großangelegten Computerinstallationen. 
4. Elektrofahrzeuge (EVs): Moderne EVs verlassen sich auf eine Vielzahl von Sensoren und Prozessoren, um alles von der Batterieleistung bis zum autonomen Fahren zu verwalten. Die leistungsstarken Chips, die für diese Anwendungen erforderlich sind, hängen oft von ABF-Substraten für ihre Verpackung ab. Fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und Technologien für autonomes Fahren erfordern anspruchsvolle Prozessoren. Die Fähigkeit von ABF, diese komplexen, leistungsstarken Chips zu unterstützen, macht es zu einem entscheidenden Faktor für den technologischen Fortschritt bei EVs. 
5. Künstliche Intelligenz: Die Explosion der KI ist eine weitere starke Kraft, die die wachsende Nachfrage nach ABF antreibt. KI-Beschleuniger und spezialisierte Prozessoren für maschinelles Lernen verschieben die Grenzen des Chipdesigns und erfordern fortschrittliche Verpackungslösungen, um Wärmeableitung und Signalintegrität zu verwalten. ABF-Substrate sind oft das Material der Wahl für diese bahnbrechenden Anwendungen und fördern weiterhin die Nachfrage nach dem Material.

Herausforderungen, denen sich die ABF-Industrie gegenübersieht

Mit der kritischen Rolle von ABF in der modernen Chipproduktion und der wachsenden Nachfrage, die durch mehrere Trends angetrieben wird, stehen ABF-Hersteller vor mehreren Herausforderungen, die ihre Fähigkeit bedrohen, all das ABF zu produzieren, das die Industrie fordern wird. Zu diesen Herausforderungen gehören:

Schwankende Rohstoffpreise: Die ABF-Industrie ist abhängig von Rohstoffen wie Polyimid und Kupferfolie. Die Preise dieser Materialien können volatil sein, was es für Hersteller schwierig macht, Kosten vorherzusagen und Gewinnmargen zu halten.

Intensiver Wettbewerb: Der globale Markt für ABF-Substrate wird von einer Handvoll Akteuren aus Japan, Taiwan, China und Südkorea dominiert. Zu den großen Herstellern gehören Unimicron, Ibieen, Nanya PCB, Shinko Electric Industries, Kinsus, AT&S, Semco und Kyocera, wobei die acht größten Spieler mehr als 85% des weltweiten Marktanteils ausmachen. Diese Dominanz einer Handvoll großer Spieler macht es für neue Marktteilnehmer schwierig, einen Fuß in den Markt zu bekommen.

Strenge regulatorische Anforderungen: Hersteller müssen strenge regulatorische Anforderungen erfüllen, insbesondere in den Bereichen Sicherheit und Umweltauswirkungen. Vorschriften wie RoHS und REACH beschränken die Verwendung bestimmter Chemikalien und Materialien, was die Kosten erhöht und die Einhaltung für kleinere Hersteller kompliziert. Erhebliche Investitionen in Tests und Zertifizierungen sind notwendig, um diese regulatorischen Standards zu erfüllen.

Technische Komplexität: Die Herstellung von ABF ist ein komplexer Prozess, der fortschrittliche Ausrüstung und hochqualifiziertes Personal erfordert. Diese Komplexität kann eine Barriere für kleinere Hersteller darstellen, die nicht über die notwendigen Ressourcen oder das Fachwissen verfügen. Darüber hinaus erfordert die Entwicklung neuer ABF-Produkte mit verbesserten Eigenschaften – wie thermische Leitfähigkeit und Flexibilität – erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung.

Zukunftsausblick

Während sich die Zukunft entfaltet, muss die ABF-Industrie eine komplexe Landschaft aus wachsender Nachfrage, technischen Herausforderungen und Risiken in der Lieferkette navigieren. Die Erweiterung der Kapazitäten und die Entwicklung neuer Produktionstechnologien werden entscheidend sein, um den fortlaufenden Bedarf der Chipindustrie zu decken. Die Zusammenarbeit zwischen ABF-Herstellern, Chipherstellern und Endkunden wird wesentlich sein, um die Produktion mit der zukünftigen Nachfrage in Einklang zu bringen.

ABF-Substrate bleiben entscheidend für die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie. Während wir die Grenzen der Rechenleistung und der Miniaturisierung von Geräten erweitern, wächst die Bedeutung dieses oft übersehenen Films nur noch. Die Bewältigung der Herausforderungen in der Lieferkette bei der ABF-Produktion wird der Schlüssel sein, um die nächste Generation elektronischer Innovationen zu ermöglichen.