Neue globale Ko-Investitionsprogramme für Halbleiter

Anwendungen, die einst als Spitzenreiter galten, wie künstliche Intelligenz, Quanten- und Hochleistungsrechnen, drahtlose und 5G-Kommunikation sowie virtuelle und erweiterte Realität, werden schnell zum Mainstream und treiben die Nachfrage nach den leistungsstarken, energieeffizienten Chips, die sie benötigen, in die Höhe. 

Der Bedarf an neuen Ansätzen, um gleichzeitig Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen zu erzielen, um diese schnell wachsenden, anspruchsvollen Anwendungen zu unterstützen, hat das Interesse und die Investitionen in fortschrittliche Verpackungstechnologien weltweit erhöht.

Wie BCG erklärt, ermöglicht die fortschrittliche Verpackung im Wesentlichen eine stetig steigende Anzahl von Transistoren, indem sie die Größe der elektrischen Kontakte verringert und ist ein entscheidender Bereich der Halbleiterindustrie. Fortschrittliche Mehrchip-Verpackungen sind eines der bedeutendsten neuen Konzepte im Halbleiterdesign und in der Fertigung, die mehrere Komponenten in einem einzigen Paket integrieren. Dieser transformative Ansatz weicht vom traditionellen Ein-Chip-pro-Paket-Modell ab und spricht direkt die kritischsten technischen und kommerziellen Einschränkungen der Halbleiterindustrie an, verbessert die Leistung und die Markteinführungszeit, während er die Herstellungskosten und den Energieverbrauch reduziert.

Fortgeschrittene Verpackungstechnologien, wie 2,5D- und 3D-Verpackungen, bieten größere Flexibilität in Design und Anpassung. Dies ermöglicht Herstellern, spezialisierte Lösungen zu erstellen, die auf spezifische Anwendungen und Marktanforderungen zugeschnitten sind. Es erlaubt auch die Integration verschiedener Arten von Komponenten, wie Logik, Speicher, Sensoren und RF-Module, in ein einziges Paket, was die Erstellung komplexerer und leistungsfähigerer Systeme ermöglicht.

Kurz gesagt, spielt die fortgeschrittene Verpackung eine zentrale Rolle bei der Bewältigung der Leistungs-, Größen-, Energie-, Kosten- und Integrationsherausforderungen, mit denen die Halbleiterindustrie konfrontiert ist, und ermöglicht so kontinuierliche Innovationen und Fortschritte in der Technologie.

Die Verfolgung von Co-Investment-Programmen

Die Rekordbesucherzahlen der 74. jährlichen ECT, dem weltweit führenden Forum für Fortschritte in der Mikroelektronikverpackung und Komponentenwissenschaft und -technologie, sind ein Beleg für die Relevanz der fortgeschrittenen Verpackung im heutigen Markt.
Weltweit verfolgen Regierungen zunehmend Co-Investment-Programme mit der Mikroelektronikverpackungs- und Halbleiterindustrie, um die Infrastruktur innerhalb ihrer spezifischen Jurisdiktionen zu entwickeln und auszubauen.

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Während der 2024 IEEE Electronic Components and Technology Conference (ECTC), teilten Vertreter aus Kanada, der Europäischen Union, Indien, Korea und den Vereinigten Staaten die vielfältigen Ziele, Rahmenbedingungen, Herausforderungen und Erfolge ihrer Bemühungen, die Technologie und Infrastruktur für fortschrittliche Verpackungen zu verbessern.

Während der Co-Leitung der ECTC-Sondersitzung Exploring the Impact of Industry-Government Co-Investments for the Advanced Electronics Sector in North America, Asia and Europe zusammen mit Co-Vorsitzendem Erik Jung, sagte Przemyslaw Gromala: „Regierungen bemühen sich, Wege zu finden, um ihre eigenen Halbleiter-Ökosysteme aufzubauen, um Zugang zu Spitzentechnologien zu erhalten, ihre Lieferketten zu sichern und Bildungs- und Beschäftigungsmöglichkeiten für ihre Bevölkerung zu eröffnen.“

Przemyslaw hob auch den Einfluss des CHIPS and Science Act von 2022 hervor: „Die Einführung des CHIPS and Science Act in den Vereinigten Staaten hat ähnliche Programme anderswo inspiriert. Die Referenten in unserer lebhaften Sondersitzung erläuterten ihre Programme und Co-Investitionen und diskutierten auch die Aussichten auf globale Zusammenarbeit und Partnerschaften zwischen nationalen Halbleiter- und Mikroelektronik-Verpackungszentren und Branchenführern. Sie skizzierten auch Mechanismen für den Wissensaustausch, gemeinsame Forschungsinitiativen und gegenseitig vorteilhafte Ergebnisse“, sagte er.

Das sich entwickelnde CHIP-Ökosystem

Die globale Halbleiterindustrie ist komplex und ständig im Wandel. Die ECTC bot eine Gelegenheit für engagierte Teilnehmer der globalen Industrie für fortschrittliche Verpackungen, ihre Ziele, unterschiedlichen Strategien und Implementierungspläne zu teilen.

Hier sind einige Aussagen dieser Teilnehmer:

Kanada

1984 als gemeinnützige Organisation durch eine gemeinsame Anstrengung von 69 Universitäten und Hochschulen in ganz Kanada gegründet, ermöglicht CMC Microsystems Verbindungen zwischen 10.000 akademischen Teilnehmern und 1.200 Unternehmen, die zusammen an der Gestaltung, Konstruktion und Erprobung fortschrittlicher Prototypen zusammenarbeiten.

Während der ECTC präsentierte David Lynch, CMCs Vizepräsident für Technologie, FABrIC, ein ambitioniertes Projekt, das über fünf Jahre mehr als 200 Millionen Dollar übersteigt. Diese Initiative, angeführt von CMC und 14 weiteren Gründungsorganisationen, zielt darauf ab, die Entwicklung von in Kanada hergestellten Mikrochip-Herstellungsprozessen, auf dem Internet der Dinge (IoT) basierenden Produkten und Dienstleistungen sowie Quantentechnologien zu beschleunigen.

FABrIC wird Kanadas bestehende Vorteile in Verbindungshalbleitern, mikromechanischen Systemen (MEMS), Photonik und Supraleitern als Ausgangspunkt für Wachstum nutzen, indem es mit Experten auf diesen Gebieten zusammenarbeitet, um Produkte zu kommerzialisieren und geistiges Eigentum (IP) Ressourcen zu teilen, um ein nationales Halbleiter-Ökosystem zu fördern, einschließlich relevanter Verpackungsstrategien.

Europa

Das Europäische Chips-Gesetz, das im Juli 2023 verabschiedet wurde und von der Europäischen Union, den Mitgliedstaaten und dem privaten Sektor finanziert wird, hat zwar erhebliche Investitionen in hochmoderne Fabs in Europa gefördert, aber das Packaging nicht speziell priorisiert. 

Bei der ECTC 2024 gab Elisabeth Steimetz, Büroleiterin der Europäischen Vereinigung für die Integration intelligenter Systeme (EPoSS), einen Überblick über laufende und potenzielle Initiativen in Europa. Darunter befindet sich die fortschreitende Initiative Pack4EU , die darauf abzielt, ein europaweites Netzwerk für fortschrittliches Packaging zu etablieren und eine Roadmap zu entwickeln, um die Packaging-Fähigkeiten in ganz Europa zu verbessern.

EPoSS, eine internationale gemeinnützige Organisation nach deutschem Recht, führt die Entwicklung und Integration intelligenter und nachhaltiger Technologien und Lösungen für intelligente Systeme für eine nachhaltige Gesellschaft an. Sie umfasst führende Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen aus über 20 europäischen Mitgliedstaaten, die zusammenarbeiten, um eine Vision und eine strategische Forschungsagenda zu formulieren und ihre Bemühungen in diesen Bereichen zu koordinieren.

Indien

Rao Tummala, Berater der Regierung Indiens, hob die Landschaft der Halbleiterindustrie in Indien und ihr bedeutendes Entwicklungspotenzial hervor. Er betonte Indiens große und wachsende Wirtschaft, zahlreiche Partnerschaftsmöglichkeiten zwischen Akademie, Industrie und Regierung, eine qualifizierte und gebildete technische Belegschaft sowie das Potenzial für globale Zusammenarbeit mit akademischen Experten aus Indien und dem Ausland. 

Tummala sprach auch über die India Semiconductor Mission (ISM), eine von der Regierung geleitete Initiative zur Stärkung des Halbleiterökosystems in Indien, und erklärte, dass Indiens strategischer F&E-Schwerpunkt auf der Entwicklung integrierter Halbleiter und Systemverpackungen liegt, um große, schnell wachsende Märkte zu bedienen.

Korea

Das im März 2023 verabschiedete Chips-Gesetz Koreas bietet erhebliche Steuervergünstigungen und Abschreibungen für Investitionen in die Halbleiterindustrie des Landes. Kwang-Seong Choi vom Electronics and Telecommunications Research Institute Koreas skizzierte eine Verpackungsinitiative, die sich auf Technologiesegmente konzentriert, in denen südkoreanische Unternehmen führend sind, einschließlich der Optimierung von High-Bandwidth Memory (HBM) auf Basis von 2,5D-Paketen, 10-40 µm Bonding und Hybrid-Bonding.

Vereinigte Staaten

In den USA hat der CHIPS for America Act, der 2022 verabschiedet wurde, 39 Milliarden Dollar bereitgestellt, um bedeutende Investitionen in Anlagen, Ausrüstung und Produktionskapazitäten für fortschrittliche Technologien wie führende Logik- und Speichertechnologien sowie fortschrittliche Verpackungstechniken anzuziehen. Zudem wurden 11 Milliarden Dollar für F&E-Programme zugeteilt, die darauf abzielen, die Fähigkeiten in der Halbleitermontage, -verpackung und -prüfung zu verbessern.

Ein solches Programm ist das National Advanced Packaging Manufacturing Program, das darauf abzielt, Innovationen zu entwickeln, um die technologische Führungsposition der USA in der fortgeschrittenen Verpackung für die Halbleiterindustrie zu erreichen. Auf der ECTC 2024 diskutierte Eric Lin, der F&E-Direktor des CHIPS for America Forschungs- und Entwicklungsprogramms, diese Programme im Kontext der internationalen Landschaft für fortschrittliche Verpackungstechniken. Er skizzierte die F&E-Ziele der USA und hob das umfangreiche Engagement mit internationalen Partnern in Asien, Europa und Amerika vor, um strategische Ziele voranzutreiben.

Als Randnotiz ist der weltweit führende Produzent von High-Bandwidth-Memory (HBM)-Chips, SK Hynix, dabei, für 3,9 Milliarden Dollar die erste fortschrittliche Verpackungsanlage Amerikas in Indiana zu bauen.

„Wir freuen uns, die Ersten in der Branche zu sein, die eine hochmoderne Fertigungsstätte für fortschrittliche Verpackungen für KI-Produkte in den Vereinigten Staaten aufbauen, die dazu beitragen wird, die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette zu stärken und ein lokales Halbleiter-Ökosystem zu entwickeln“, sagte SK Hynix Chief Executive Officer Kwak Noh-Jung.