Khi Dung lượng Nhà máy Wafer Tăng lên, Dung lượng Đóng gói Mới ở Đâu?

Ngành công nghiệp bán dẫn đang trải qua một sự thay đổi lớn. Với nhu cầu ngày càng tăng về điện tử nhanh hơn và hiệu quả hơn, các công ty đang tăng cường sản xuất wafer để đáp ứng. Tuy nhiên, một câu hỏi lớn đang xuất hiện: nguồn cung cấp công suất đóng gói mới sẽ đến từ đâu để hỗ trợ sự tăng trưởng này? Công nghệ đóng gói tiên tiến là cần thiết để kết nối sản xuất wafer với các sản phẩm bán dẫn cuối cùng. Tương lai của ngành phụ thuộc vào những phát triển này. Bài viết này nhìn vào tình trạng hiện tại của việc đóng gói tiên tiến, tập trung vào các tên tuổi lớn như Intel, TSMC và Samsung, và thảo luận về những thách thức và cơ hội phía trước.

Biên giới Mở rộng của Sản xuất Wafer & Đóng Gói Tiên Tiến

Ngành công nghiệp bán dẫn đang trên đà tăng trưởng nhanh chóng, được thúc đẩy bởi sự theo đuổi không ngừng của các chip nhỏ hơn, nhanh hơn và mạnh mẽ hơn. Sản xuất wafer đang mở rộng để theo kịp với những nhu cầu này. Các công ty đang đầu tư hàng tỷ vào các nhà máy mới, tiến bộ quy trình sản xuất và đẩy giới hạn của công nghệ.

Trong những năm gần đây, các tên tuổi lớn như TSMC (Công Ty Sản Xuất Bán Dẫn Đài Loan) và Samsung đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc nâng cao khả năng sản xuất của họ. TSMC luôn dẫn đầu với công nghệ tiên tiến 5nm và 3nm, trong khi Samsung nổi bật với công nghệ 3nm GAA (Gate-All-Around) của mình. Những đổi mới này rất quan trọng trong việc kích hoạt thế hệ tiếp theo của máy tính hiệu năng cao, AI và thiết bị di động.

Tuy nhiên, trong khi việc sản xuất wafer đang tăng trưởng nhanh chóng, một khía cạnh quan trọng của việc sản xuất bán dẫn thường xuyên được chú ý: bao bì tiên tiến.

Intel, một tên tuổi lớn trong ngành bán dẫn, đang đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ bao bì tiên tiến để phù hợp với việc mở rộng sản xuất wafer của mình. Một trong những dự án chính của họ là xây dựng một cơ sở bao bì tiên tiến tại Penang, Malaysia.

Robin Martin, Phó Chủ tịch của Intel, gần đây đã chia sẻ rằng cơ sở mới này sẽ trở thành trung tâm chính của Intel cho bao bì 3D tiên tiến. Nhà máy Penang là một phần của kế hoạch lớn hơn của Intel nhằm tăng cường khả năng bao bì 2.5D/3D của mình, với trọng tâm là công nghệ 3D Foveros.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Intel dự định tăng đáng kể công suất sản xuất 3D Foveros của mình, với mục tiêu tăng gấp bốn lần vào năm 2025. Sự tăng cường này sẽ hỗ trợ phạm vi sản phẩm bán dẫn tiên tiến ngày càng tăng của Intel, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đối với tính toán hiệu năng cao và ứng dụng AI.

Hai năm trước, Intel đã công bố khoản đầu tư 3,5 tỷ đô la để mở rộng công suất đóng gói tiên tiến tại New Mexico, hiện vẫn đang trong quá trình tiến hành. Cơ sở tại Penang sẽ bổ sung cho sự mở rộng này, cùng với các địa điểm quan trọng khác tại Oregon, Hoa Kỳ, và New Mexico.

Hiểu về Quy trình Chế tạo Wafer và Đóng gói Tiên tiến

Chế tạo Wafer là gì?

Chế tạo wafer, hay còn gọi là wafer fab, là một giai đoạn quan trọng trong việc sản xuất bán dẫn. Quy trình bắt đầu với việc cắt một tinh thể silicon thuần khiết thành các wafer mỏng. Quy trình bao gồm việc phát triển một lớp silicon dioxide để cách điện, áp dụng và phơi nhiễm photoresist để xác định các mẫu mạch, khắc silicon, doping để thay đổi tính chất điện, phủ các lớp màng mỏng cho các thành phần, và thêm các lớp kim loại để kết nối. Sau khi chế tạo, các wafer được kiểm tra và chuẩn bị cho việc đóng gói.

Đóng gói Tiên tiến là gì?

Bao bì tiên tiến là quá trình đóng gói và kết nối các chip bán dẫn sau khi chúng đã được sản xuất. Quá trình này đảm bảo rằng các chip hoạt động đúng cách trong sản phẩm cuối cùng của chúng. Bao bì 2.5D đặt nhiều chip cạnh nhau trên một lớp nền với các liên kết mật độ cao, tăng cường giao tiếp. Bao bì 3D xếp chồng các chip theo chiều dọc, cho phép thiết kế gọn gàng và hiệu quả hơn. Bao bì Fan-Out mở rộng các điểm kết nối của chip ra ngoài các cạnh của nó, đơn giản hóa quản lý tín hiệu. Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS) lắp đặt các chip trên một wafer và sau đó lên một lớp nền, cho phép kết nối tốc độ cao. Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) sử dụng một cây cầu nhỏ để kết nối các chip trong một gói duy nhất, cải thiện hiệu suất và giảm độ trễ. System-in-Package (SiP) kết hợp nhiều chức năng và chip vào một gói, làm cho các hệ thống phức tạp trở nên gọn gàng và hiệu quả hơn.

Vai trò của Bao bì Tiên tiến

Công nghệ đóng gói tiên tiến đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng bán dẫn. Chúng là cầu nối giữa các tấm wafer silicon thô được sản xuất trong quá trình chế tạo và các thiết bị bán dẫn cuối cùng, hoạt động trong thiết bị điện tử tiêu dùng. Những công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất và chức năng của các chip mà còn góp phần vào việc thu nhỏ kích thước và hiệu quả về chi phí của chúng. 

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Dù có tầm quan trọng, đóng gói tiên tiến thường không nhận được sự chú ý như quá trình chế tạo wafer. Khi nhu cầu về chip tiên tiến tăng lên, nhu cầu về giải pháp đóng gói tiên tiến có khả năng hỗ trợ sự tăng trưởng này cũng tăng theo.

Bối cảnh Cạnh tranh của Đóng Gói Tiên Tiến

Khi năng lực chế tạo wafer tăng lên, sự cạnh tranh trong lĩnh vực đóng gói tiên tiến cũng trở nên gay gắt. Các tên tuổi lớn trong ngành công nghiệp bán dẫn phải phát triển và tinh chỉnh công nghệ đóng gói của mình để giành lợi thế cạnh tranh.

TSMC, một nhà lãnh đạo trong sản xuất bán dẫn, cung cấp một loạt các giải pháp đóng gói tiên tiến, bao gồm công nghệ InFo (Integrated Fan-Out), CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate), và SoC (System-on-Chips). Những giải pháp này được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu khác nhau, từ kết nối mật độ cao đến quản lý nhiệt độ tốt hơn và tính toàn vẹn tín hiệu.Samsung, một tên tuổi lớn khác, đang tiến bộ trong công nghệ đóng gói của mình với những đổi mới như I-cube và X-Cube. Công nghệ I-cube của Samsung tập trung vào việc chồng chất các chip bộ nhớ và logic để nâng cao hiệu suất và hiệu quả, trong khi X-Cube nhằm mục đích cải thiện mật độ kết nối và giảm kích thước hình dạng.

Global Foundries, một nhà máy sản xuất bán dẫn nổi bật, đang tiến bộ trong giải pháp đóng gói của mình với công nghệ Đóng Gói Chip Tích Hợp. Phương pháp này tích hợp các chip nhỏ hơn vào các nền tảng lớn hơn để cải thiện hiệu suất và giảm kích thước hình dạng, hỗ trợ đa dạng ứng dụng từ điện tử tiêu dùng đến tính toán hiệu năng cao.

India Semiconductor Mission là một sáng kiến do chính phủ dẫn dắt nhằm phát triển một hệ sinh thái sản xuất bán dẫn tại Ấn Độ. Sứ mệnh này bao gồm việc đầu tư vào công nghệ đóng gói tiên tiến và nhằm mục đích thu hút các tên tuổi toàn cầu cũng như tăng cường năng lực sản xuất trong nước. Mục tiêu là đặt Ấn Độ là một tên tuổi lớn trong chuỗi cung ứng bán dẫn toàn cầu.

Thách thức trong Mua sắm Đóng Gói Tiên Tiến

Dù có tiến bộ trong công nghệ đóng gói tiên tiến, một số thách thức vẫn còn tồn tại. Một vấn đề lớn là việc tăng cường sản xuất để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp bán dẫn. Khi năng lực sản xuất wafer tăng lên, có một nhu cầu cấp thiết cho sự tiến bộ trong công nghệ đóng gói để ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn chuỗi cung ứng.

Khan hiếm linh kiện và thời gian chờ đợi: Ngành công nghiệp bán dẫn đã phải đối mặt với tình trạng khan hiếm linh kiện đáng kể trong những năm qua, do nhu cầu về chip tăng nhanh chóng và nguồn cung cấp các linh kiện quan trọng hạn chế. Người mua gặp phải thách thức trong việc đảm bảo nguồn cung cấp các vật liệu cần thiết cho bao bì Foveros, như TSVs và micro-bumps, những linh kiện đang trong tình trạng cầu cao và cung thấp. Thời gian chờ đợi dài cho những linh kiện này có thể làm trì hoãn sản xuất và ảnh hưởng đến nhu cầu của khách hàng.

Ví dụ, việc tìm nguồn cung cấp TSVs, được sử dụng để tạo ra các kết nối điện dọc giữa các lớp chất bán dẫn xếp chồng lên nhau trong bao bì Foveros của Intel, là một quá trình phức tạp. Nguồn cung cấp toàn cầu về khả năng sản xuất TSVs bị hạn chế, và chỉ có một số ít nhà cung cấp có khả năng sản xuất chúng đạt tiêu chuẩn chất lượng yêu cầu. Do đó, các đội mua hàng phải phát triển mối quan hệ lâu dài với nhà cung cấp, đàm phán hợp đồng có lợi, và đảm bảo rằng họ có quyền truy cập vào số lượng đủ các linh kiện quan trọng này.

Kiểm soát chất lượng và Tuân thủ: Các công nghệ bao bì tiên tiến đòi hỏi việc sử dụng các vật liệu và linh kiện chuyên biệt cao, phải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt. Các đội mua hàng phải đảm bảo rằng nhà cung cấp tuân thủ những tiêu chuẩn này và tuân thủ các yêu cầu về bền vững, quy định môi trường, và nguồn gốc đạo đức. Bất kỳ sự thất bại nào trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng có thể dẫn đến sự chậm trễ sản xuất tốn kém và công việc sửa chữa lại.

Hợp tác với Nhà cung cấp và Giảm thiểu Rủi ro: Với sự phức tạp của việc đóng gói tiên tiến, các chuyên viên mua hàng cần phải làm việc chặt chẽ với nhà cung cấp để quản lý rủi ro và đảm bảo nguồn cung ổn định của vật liệu. Ví dụ, người mua có thể hợp tác với nhà cung cấp để phát triển các chiến lược giảm thiểu rủi ro chung, như nguồn cung kép, đệm hàng tồn kho và đa dạng hóa nhà cung cấp. Những chiến lược này giúp giảm bớt tác động của sự gián đoạn chuỗi cung ứng và đảm bảo rằng công ty có thể đáp ứng mục tiêu sản xuất của mình.

Vai trò của Người mua trong Việc Đảm bảo Liên tục Chuỗi cung ứng

Xem xét một người mua làm việc trong đội ngũ mua hàng của Intel, người này chịu trách nhiệm tìm nguồn cung vật liệu cho cơ sở mới ở Penang. Người mua này phải đối mặt với những phức tạp trong việc đảm bảo TSVs và micro-bumps từ các nhà cung cấp toàn cầu, mỗi người hoạt động trong các ràng buộc khu vực và động lực thị trường khác nhau. Người mua có thể gặp một nhà cung cấp ở Nhật Bản đang sản xuất TSVs nhưng đang đối mặt với hạn chế xuất khẩu hoặc chậm trễ do căng thẳng thương mại. Để giảm thiểu điều này, người mua sẽ cần phải tìm kiếm các nhà cung cấp thay thế, có thể ở Hàn Quốc hoặc Châu Âu, trong khi đàm phán hợp đồng dài hạn để đảm bảo giá cả và khả năng cung cấp ổn định.

Thêm vào đó, người mua cần quản lý logistics, đặc biệt là ở một khu vực như Đông Nam Á, nơi các thảm họa tự nhiên như bão có thể làm gián đoạn các tuyến đường vận chuyển. Họ cũng cần duy trì một sự cân bằng tinh tế trong việc giữ mức hàng tồn kho mà không dự trữ quá mức và làm tăng chi phí giữ hàng.

Kết luận

Ngành công nghiệp bán dẫn đang trải qua một giai đoạn biến đổi nhanh chóng, với khả năng sản xuất wafer mở rộng để đáp ứng nhu cầu của các thiết bị điện tử ngày càng tiên tiến. Tuy nhiên, khi khả năng sản xuất wafer tăng lên, tầm quan trọng của công nghệ đóng gói tiên tiến càng trở nên nổi bật. Đóng gói tiên tiến đóng vai trò quan trọng như một liên kết giữa sản xuất wafer và sản phẩm bán dẫn cuối cùng, và vai trò của nó trong ngành không thể được phóng đại.

Các công ty hàng đầu như Intel, TSMC và Samsung đang đầu tư đáng kể vào công nghệ đóng gói tiên tiến để hỗ trợ sự tăng trưởng này.

Mặc dù vẫn còn những thách thức, nhưng cơ hội trong đóng gói tiên tiến là đáng kể. Sự đầu tư liên tục của ngành vào nghiên cứu và phát triển, cùng với các đổi mới về vật liệu và quy trình sản xuất, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tương lai của công nghệ bán dẫn.

Nhìn về phía trước, rõ ràng thành công của ngành công nghiệp bán dẫn sẽ không chỉ phụ thuộc vào sự tiến bộ trong sản xuất wafer mà còn vào khả năng mở rộng và đổi mới trong đóng gói tiên tiến. Sự kết hợp của những công nghệ này sẽ thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị bán dẫn mạnh mẽ, hiệu quả và linh hoạt hơn, cuối cùng hình thành tương lai của điện tử và công nghệ.