W miarę wzrostu zdolności produkcyjnych fabryk krzemowych, gdzie jest nowa zdolność pakowania?

Przemysł półprzewodnikowy przechodzi przez znaczącą zmianę. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na szybszą i bardziej wydajną elektronikę, firmy zwiększają swoją produkcję krzemieni, aby nadążyć za tempem. Jednak pojawia się ważne pytanie: skąd weźmie się nowa zdolność pakowania, aby wspierać ten wzrost? Zaawansowane technologie pakowania są kluczowe dla połączenia produkcji krzemieni z finalnymi produktami półprzewodnikowymi. Przyszłość branży zależy od tych rozwojów. Ten artykuł przygląda się obecnemu stanowi zaawansowanego pakowania, skupiając się na głównych graczach takich jak Intel, TSMC i Samsung, i omawia wyzwania oraz możliwości, które niesie przyszłość.

Rozszerzająca się granica fabrykacji krzemieni & Zaawansowanego Pakowania

Przemysł półprzewodnikowy jest na trajektorii szybkiego wzrostu, napędzanym nieustannym dążeniem do mniejszych, szybszych i bardziej potężnych chipów. Fabrykacja krzemieni rozszerza się, aby nadążyć za tymi wymaganiami. Firmy inwestują miliardy w nowe fabryki, zaawansowane procesy produkcyjne i przesuwają granice technologii.

W ostatnich latach główni gracze, tacy jak TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) i Samsung, poczynili znaczące postępy w rozwijaniu swoich możliwości produkcyjnych. TSMC konsekwentnie przoduje, wprowadzając zaawansowane węzły technologiczne 5nm i 3nm, podczas gdy Samsung jest na czele dzięki swojej technologii 3nm GAA (Gate-All-Around). Te innowacje są kluczowe, aby umożliwić następnej generacji wysokowydajne obliczenia, AI i urządzenia mobilne.

Jednak, podczas gdy produkcja krzemieni szybko się rozwija, krytyczny aspekt produkcji półprzewodników często pozostaje w centrum uwagi: zaawansowane pakowanie.

Intel, główny gracz w branży półprzewodników, intensywnie inwestuje w zaawansowane technologie pakowania, aby sprostać rosnącej produkcji krzemieni. Jednym z kluczowych projektów jest budowa nowoczesnego zakładu pakowania w Penang, Malezja.

Robin Martin, wiceprezes Intel, niedawno podzielił się, że nowa placówka stanie się głównym centrum Intela dla zaawansowanego pakowania 3D. Zakład w Penang jest częścią większego planu Intela mającego na celu zwiększenie jego możliwości pakowania 2.5D/3D, ze szczególnym uwzględnieniem technologii 3D Foveros.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Intel planuje znacząco zwiększyć swoje zdolności produkcyjne w zakresie 3D Foveros, dążąc do ich poczwórnej rozbudowy do 2025 roku. Ten wzrost zdolności produkcyjnych będzie wspierał rosnącą gamę zaawansowanych produktów półprzewodnikowych Intela, zaspokajając rosnące zapotrzebowanie na wysokowydajne obliczenia i aplikacje AI.

Dwa lata temu Intel ogłosił inwestycję w wysokości 3,5 miliarda dolarów na rozbudowę swoich zaawansowanych zdolności pakowania w Nowym Meksyku, która wciąż trwa. Obiekt w Penang będzie uzupełnieniem tej ekspansji, wraz z innymi kluczowymi lokalizacjami w Oregonie, USA, i Nowym Meksyku.

Rozumienie fabrykacji krzemowych i zaawansowanego pakowania

Co to jest fabrykacja krzemowych?

Fabrykacja krzemowych, czyli wafer fab, to kluczowy etap w produkcji półprzewodników. Rozpoczyna się od czystego kryształu krzemu, który jest krojony na cienkie wafle. Proces obejmuje wzrost warstwy dwutlenku krzemu dla izolacji, aplikowanie i ekspozycję fotorezystu w celu zdefiniowania wzorów obwodów, trawienie krzemu, domieszkowanie w celu zmiany właściwości elektrycznych, osadzanie cienkich filmów dla komponentów oraz dodawanie warstw metalowych dla połączeń. Po fabrykacji, wafle są testowane i przygotowywane do pakowania.

Co to jest zaawansowane pakowanie?

Zaawansowane pakowanie to proces otaczania i łączenia układów scalonych po ich wyprodukowaniu. Zapewnia to prawidłowe działanie układów w ich finalnych produktach. Opakowanie 2.5D umieszcza wiele układów obok siebie na bazowej warstwie z połączeniami o wysokiej gęstości, zwiększając komunikację. Opakowanie 3D układa układy pionowo, co pozwala na bardziej kompaktowe i efektywne projekty. Opakowanie Fan-Out rozszerza punkty połączeń układu poza jego krawędzie, upraszczając zarządzanie sygnałem. Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS) montuje układy na krzemieniu, a następnie na warstwie bazowej, umożliwiając połączenia o wysokiej prędkości. Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) używa małego mostka do łączenia układów w jednym pakiecie, poprawiając wydajność i redukując opóźnienia. System-in-Package (SiP) łączy wiele funkcji i układów w jednym pakiecie, czyniąc złożone systemy bardziej kompaktowymi i efektywnymi.

Rola Zaawansowanego Pakowania

Zaawansowane technologie pakowania są kluczowe w łańcuchu dostaw półprzewodników. Stanowią one most między surowymi krzemowymi waflami produkowanymi podczas fabrykacji a ostatecznymi, funkcjonalnymi urządzeniami półprzewodnikowymi, które trafiają do elektroniki konsumenckiej. Technologie te nie tylko zwiększają wydajność i funkcjonalność układów, ale także przyczyniają się do ich miniaturyzacji i kosztoefektywności. 

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Pomimo swojego znaczenia, zaawansowane pakowanie często nie otrzymuje takiego samego poziomu uwagi, jak fabrykacja waferów. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na bardziej zaawansowane układy, rośnie również potrzeba zaawansowanych rozwiązań pakujących, które mogą wspierać ten wzrost.

Pejzaż konkurencyjny zaawansowanego pakowania

W miarę wzrostu zdolności produkcyjnych waferów, konkurencja w zaawansowanym pakowaniu się zaostrza. Kluczowi gracze w branży półprzewodników muszą rozwijać i udoskonalać swoje technologie pakowania, aby uzyskać przewagę konkurencyjną.

TSMC, lider w produkcji półprzewodników, oferuje szereg zaawansowanych rozwiązań pakujących, w tym swoje technologie InFo (Integrated Fan-Out), CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) i SoC (System-on-Chips). Te rozwiązania są zaprojektowane, aby sprostać różnym potrzebom, od wysokiej gęstości połączeń po ulepszoną zarządzanie ciepłem i integralność sygnału.

Samsung, kolejny ważny gracz na rynku, rozwija własne technologie pakowania, wprowadzając innowacje takie jak I-cube i X-Cube. Technologia I-cube firmy Samsung koncentruje się na układaniu pamięci i układów logicznych w stosy, aby zwiększyć wydajność i efektywność, podczas gdy X-Cube ma na celu poprawę gęstości połączeń i zmniejszenie rozmiaru formy.

Global Foundries, znana odlewnia półprzewodników, rozwija swoje rozwiązania pakowania za pomocą technologii Embedded Die Packaging. Podejście to polega na integracji mniejszych układów w większe podłoża, aby poprawić wydajność i zmniejszyć rozmiary form, wspierając różnorodne zastosowania od elektroniki użytkowej po obliczenia wysokiej wydajności.

India Semiconductor Mission to inicjatywa rządowa mająca na celu rozwój ekosystemu produkcji półprzewodników w Indiach. Misja ta obejmuje inwestycje w zaawansowane technologie pakowania i ma na celu przyciągnięcie globalnych graczy przy jednoczesnym wzmacnianiu krajowych możliwości produkcyjnych. Celem jest pozycjonowanie Indii jako ważnego gracza w globalnym łańcuchu dostaw półprzewodników.

Wyzwania w zakupach zaawansowanego pakowania

Mimo postępów w zaawansowanych technologiach pakowania, pozostają pewne wyzwania. Jednym z głównych problemów jest zwiększenie produkcji, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu przemysłu półprzewodnikowego. W miarę zwiększania zdolności produkcyjnych wafli krzemowych, istnieje krytyczna potrzeba postępów w technologiach pakowania, aby zapobiec zatorom w łańcuchu dostaw.

Braki komponentów i czasy realizacji: Przemysł półprzewodnikowy zmaga się z istotnymi brakami komponentów w ciągu ostatnich kilku lat, napędzanymi przez szybki wzrost zapotrzebowania na chipy oraz ograniczoną podaż kluczowych komponentów. Nabywcy stają przed wyzwaniem zabezpieczenia niezbędnych materiałów do pakowania Foveros, takich jak TSV (Through-Silicon Vias) i mikro-wypustki, które cieszą się dużym popytem i są w niedoborze. Długie czasy realizacji tych komponentów mogą opóźnić produkcję i wpłynąć na zapotrzebowanie klientów.

Na przykład, pozyskiwanie TSV, które są używane do tworzenia pionowych połączeń elektrycznych między ułożonymi kostkami w pakowaniu Foveros firmy Intel, jest skomplikowanym procesem. Globalna podaż zdolności produkcyjnych do wytwarzania TSV jest ograniczona, a tylko kilku dostawców jest w stanie produkować je zgodnie z wymaganymi standardami jakości. W rezultacie, zespoły odpowiedzialne za zaopatrzenie muszą rozwijać długoterminowe relacje z dostawcami, negocjować korzystne umowy i zapewnić dostęp do wystarczających ilości tych kluczowych komponentów.

Kontrola jakości i zgodność: Zaawansowane technologie pakowania wymagają użycia wysoko wyspecjalizowanych materiałów i komponentów, które muszą spełniać ścisłe standardy jakości. Zespoły odpowiedzialne za zaopatrzenie muszą zapewnić, że dostawcy przestrzegają tych standardów i są zgodni z wymaganiami dotyczącymi zrównoważonego rozwoju, regulacji środowiskowych i etycznego pozyskiwania. Jakakolwiek niezgodność ze standardami jakości może skutkować kosztownymi opóźnieniami w produkcji i koniecznością ponownego wykonania pracy.

Współpraca z dostawcami i łagodzenie ryzyka: Biorąc pod uwagę złożoność zaawansowanych opakowań, profesjonaliści ds. zaopatrzenia muszą ściśle współpracować z dostawcami, aby zarządzać ryzykiem i zapewnić stałe dostawy materiałów. Na przykład, kupujący mogą współpracować z dostawcami w celu opracowania wspólnych strategii łagodzenia ryzyka, takich jak podwójne źródła zaopatrzenia, buforowanie zapasów i dywersyfikacja dostawców. Strategie te pomagają zmniejszyć wpływ zakłóceń w łańcuchu dostaw i zapewniają, że firma może osiągnąć swoje cele produkcyjne.

Rola kupującego w zapewnieniu ciągłości łańcucha dostaw

Rozważmy kupującego pracującego w zespole ds. zaopatrzenia w Intelu, który jest odpowiedzialny za pozyskiwanie materiałów dla nowego zakładu w Penang. Ten kupujący musi poruszać się po złożonościach zabezpieczania TSV i mikro-wypustek od globalnych dostawców, z których każdy działa w ramach różnych regionalnych ograniczeń i dynamik rynkowych. Kupujący może napotkać dostawcę w Japonii, który produkuje TSV, ale stoi przed ograniczeniami eksportowymi lub opóźnieniami z powodu napięć handlowych. Aby to złagodzić, kupujący musiałby angażować alternatywnych dostawców, być może w Korei Południowej lub Europie, jednocześnie negocjując długoterminowe kontrakty, aby zapewnić stałe ceny i dostępność.

Dodatkowo, kupujący musi zarządzać logistyką, szczególnie w regionie takim jak Azja Południowo-Wschodnia, gdzie katastrofy naturalne, takie jak tajfuny, mogą zakłócać trasy transportowe. Musieliby również utrzymywać delikatną równowagę między utrzymaniem poziomu zapasów a unikaniem nadmiernego magazynowania i podnoszenia kosztów utrzymania.

Wnioski

Przemysł półprzewodnikowy przechodzi okres szybkiej transformacji, a zdolności produkcyjne fabryk krzemowych rosną, aby sprostać wymaganiom coraz bardziej zaawansowanych urządzeń elektronicznych. Jednak w miarę wzrostu zdolności produkcyjnych fabryk krzemowych, coraz większe znaczenie zyskują zaawansowane technologie pakowania. Zaawansowane pakowanie pełni kluczową rolę łącznika między produkcją krzemową a końcowym produktem półprzewodnikowym, i jego rola w branży nie może być przeceniona.

Czołowe firmy takie jak Intel, TSMC i Samsung dokonują znaczących inwestycji w zaawansowane pakowanie, aby wspierać ten wzrost.

Chociaż wyzwania pozostają, możliwości w zakresie zaawansowanego pakowania są znaczące. Kontynuowane inwestycje branży w badania i rozwój, w połączeniu z innowacjami w materiałach i procesach produkcyjnych, będą odgrywać kluczową rolę w kształtowaniu przyszłości technologii półprzewodnikowej.

Patrząc w przyszłość, jest jasne, że sukces branży półprzewodnikowej będzie zależał nie tylko od postępów w produkcji krzemowej, ale także od zdolności do skalowania i innowacji w zaawansowanym pakowaniu. Integracja tych technologii będzie napędzać rozwój bardziej potężnych, wydajnych i wszechstronnych urządzeń półprzewodnikowych, ostatecznie kształtując przyszłość elektroniki i technologii.