(بخش اول: طراحی مدار مجتمع؛ بخش دوم: ساخت مدار مجتمع)

V. ATP (مونتاژ، تست و بسته‌بندی) و بسته‌بندی پیشرفته

نتیجه‌گیری‌های اساسی در مورد مونتاژ، آزمایش، بسته‌بندی و بسته‌بندی پیشرفته:

(1) برای ATP نیمه‌هادی‌های بک‌اند با فناوری نسبتاً پایین، ایالات متحده به شدت به منابع خارجی متمرکز در آسیا متکی است.

(2) با پیچیده‌تر شدن تراشه‌ها، روش‌های پیشرفته بسته‌بندی، حوزه‌های بالقوه‌ای را برای پیشرفت چشمگیر فناوری نشان می‌دهند. با این حال، ایالات متحده نیز به دلیل فقدان اکوسیستم مواد لازم، مکان مقرون‌به‌صرفه‌ای برای توسعه یک صنعت بسته‌بندی پیشرفته قوی نیست؛

(3) در پاسخ، سرمایه‌گذاری سنگین چین می‌تواند بازارهای موجود را مختل کند.

(۱) برآوردهای اولیه کشور صاحب پرچم از بسته‌بندی و آزمایش‌های اولیه

(الف) اطلاعات اولیه

در مرحله ATP پایه بک‌اند، تراشه (هسته) به یک محصول نهایی مونتاژ می‌شود که پس از آزمایش، بسته‌بندی و مونتاژ، به قطعات الکترونیکی تبدیل می‌شود. دو حالت برای مرحله ATP وجود دارد: (1) OEM توسط IDM و (2) OEM. کارخانه‌های ریخته‌گری، شرکت‌های OSAT (مونتاژ و آزمایش نیمه‌هادی خالص) هستند که در آزمایش، بسته‌بندی، مونتاژ یا سرهم‌بندی تخصص دارند و خدمات قراردادی ارائه می‌دهند. از نظر کل بازار ATP، شرکت‌های آمریکایی 28٪ از کل درآمد را به خود اختصاص داده‌اند. اگرچه شرکت‌های آمریکایی تقریباً 43٪ از درآمد ATP یکپارچه عمودی IDM را به خود اختصاص داده‌اند، اما شرکت‌های آمریکایی تولید ATP را به تأسیسات خارج از ایالات متحده برون‌سپاری کرده‌اند. کارخانه‌های ریخته‌گری مانند TSMC (تایوان)، UMC (تایوان)، SMIC (سرزمین اصلی چین) و XMC (سرزمین اصلی چین) برای افزایش خدمات تولیدی که به مشتریان بدون کارخانه ارائه می‌دهند، به ویژه برای بسته‌بندی پیشرفته تراشه‌های کوچک، وارد تجارت بسته‌بندی شده‌اند. TSMC اولین راهکار بسته‌بندی پیشرفته خود را در سال ۲۰۱۲ عرضه کرد. در سال ۲۰۱۷، بیش از ۱۰۰ OSATS مختلف در بازار وجود داشت. هشت OSATS بزرگ وجود دارد؛ اکثر آنها بازیگران کوچک تا متوسط ​​هستند.

اگرچه برخی شرکت‌های آمریکایی OSAT (به‌ویژه Amkor) وجود دارند، اما شرکت‌های آمریکایی تنها ۱۵٪ از کسب‌وکار OSAT را تشکیل می‌دهند (تایوان با ۵۲٪ پیشتاز است و پس از آن چین با ۲۱٪ قرار دارد) و Amkor در ایالات متحده مستقر است اما هیچ مرکز تولیدی در ایالات متحده ندارد.

ATP پایه به طور سنتی یک کسب و کار بسیار خودکار و کم ارزش بوده است که نیاز به فضای قابل توجهی داشته و عمدتاً از کارگران کم مهارت استفاده می کرده است (این روند با معرفی فناوری های پیشرفته بسته بندی که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد، در حال تغییر است). بنابراین، این عملیات اولین مرحله (از دهه 1970) برون سپاری تولید در ایالات متحده بود که عمدتاً به جنوب شرقی آسیا انجام می شد. امروزه، اکثر کارخانه های برون سپاری ATP در چین، تایوان و آسیای جنوب شرقی (سنگاپور، مالزی، فیلیپین و ویتنام) هستند. SEMI و Techsearch بیش از 120 شرکت برون سپاری OSAT و 360 کارخانه بسته بندی را در سراسر جهان در سال 2018 شناسایی کردند. از 360 کارخانه، بیش از 100 کارخانه در چین، حدود 100 کارخانه در تایوان و 43 کارخانه در آسیای جنوب شرقی وجود دارد (بقیه در اروپا یا آمریکا هستند). تولید OSAT در چین از فناوری بسته بندی رایج فعلی استفاده می کند، اما چین در حال توسعه فناوری بسته بندی پیشرفته است.

در بخش آزمایش، فناوری‌های نیمه‌هادی باید قبل از استفاده در محدوده‌های دمایی (محدوده گسترده)، مقاومت در برابر تابش و محیط‌های خشن به دلایل امنیت ملی، گواهی و آزمایش شوند. این شامل آزمایش اثرات تک ذره‌ای (SEE) با استفاده از زیرساخت آزمایش تابش یون سنگین می‌شود. زیرساخت موجود آزمایش تابش یون سنگین در ایالات متحده شکننده است و نمی‌تواند نیازهای آزمایش SEE فعلی یا آینده را برآورده کند. مشتریان اغلب زمان انتظار طولانی و افزایش قیمت آزمایش را تجربه می‌کنند و حتی اگر یک مرکز بزرگ به طور ناگهانی تعطیل شود، در برابر استرس قابل توجهی آسیب‌پذیر هستند. "کمتر از شش LABS شتاب‌دهنده وجود دارد که می‌توانند پرتوهای یونی با تنوع یونی و انرژی کافی برای برآورده کردن الزامات آزمایش SEE تولید کنند." این امر بر در دسترس بودن آزمایش‌ها برای پشتیبانی از ماموریت‌های فضایی آینده بین آژانس‌های فضایی و صنعت (از جمله ماهواره‌ها) تأثیر می‌گذارد.

(ب) خطرات عمده

امروزه، ایالات متحده تنها ۳ درصد از ظرفیت بسته‌بندی نیمه‌هادی جهانی (به استثنای ظرفیت آزمایش) را در اختیار دارد که عمدتاً توسط شرکت‌های IDM ارائه می‌شود که اغلب دارای تأسیسات ATP در خارج از ایالات متحده هستند. اگرچه این بخش از نظر تاریخی یک جزء با فناوری پایین در زنجیره تأمین بوده است، اما گامی حیاتی است. اتکای آمریکا به تولید ATP ضروری در جنوب شرقی آسیا، تایوان و چین، زنجیره تأمین ایالات متحده را در معرض اختلال قرار می‌دهد.

(II) بحث سیتی بانک در مورد فناوری پیشرفته بسته‌بندی

(الف) اطلاعات اولیه

در حالی که ATP پایه به طور سنتی یک جزء کم‌ارزش در زنجیره تأمین بوده است، فناوری‌های بسته‌بندی به طور فزاینده‌ای در حال پیشرفت هستند. برای دهه‌ها، صنعت نیمه‌رسانا با قانون مور همگام بوده است، که پیش‌بینی می‌کند تعداد ترانزیستورها روی یک نیمه‌رسانا تقریباً هر دو سال دو برابر می‌شود. امروزه، مزایای قدرت و عملکرد کاهش اندازه تراشه در هر گره فرآیند جدید در حال کاهش است، در حالی که هزینه هر ترانزیستور در حال افزایش است. در حالی که کوچک‌سازی هنوز یک گزینه است، زیرا مقیاس‌بندی گران‌تر و دشوارتر می‌شود، صنعت نیمه‌رسانا به دنبال گزینه‌هایی است که شامل مونتاژ تراشه‌های کوچک و/یا چندین مدار مجتمع در یک بسته واحد باشد. این روش، کپسوله‌سازی پیشرفته نامیده می‌شود. بسته‌بندی پیشرفته، یک فناوری جایگزین و مکمل برای کاهش عرض خط است زیرا چگالی تراشه بالاتری را در مرحله بسته‌بندی به جای سطح تراشه فراهم می‌کند و امکان ادغام عملکردهای مختلف تراشه را در یک بسته واحد فراهم می‌کند. بسته‌بندی پیشرفته همچنین امکان استفاده بیشتر از تراشه‌های تجاری آماده (مورد تأیید وزارت دفاع) را برای سفارشی‌سازی راه‌حل‌ها فراهم می‌کند.

انواع بسته‌بندی پیشرفته شامل تکنیک‌های انباشت تراشه (به‌ویژه تراشه‌های حافظه) و تراشه‌های تعبیه‌شده، بسته‌بندی در سطح ویفر و بسته‌بندی در سطح سیستم (مونتاژ تراشه‌های کوچک یا چندین تراشه در یک بسته واحد) است. یک رویکرد به تراشه‌های منطقی، جداسازی توابع استاندارد IP به تراشه‌های مختلف و کوچک‌تر، به نام "میکروچیپ" است که از طریق رابط‌های استاندارد در یک بسته واحد به هم متصل می‌شوند. تراشه‌های کوچک با سایر تراشه‌های کوچک کار می‌کنند، بنابراین طرح‌ها باید با هم بهینه شوند و نمی‌توانند به‌صورت جداگانه طراحی شوند. آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) و نیروی دریایی، و همچنین بازیگران صنعت (AMD، Marvell و Intel)، تعدادی پروژه در حال بررسی این رویکرد دارند. بسته‌بندی پیشرفته با تجزیه عملکرد، ایمنی، حجم و عملکرد محیطی برای ارائه تجهیزات قابل تنظیم برای کاربردهای منحصر به فرد امنیت ملی، از ارزش امنیت ملی برخوردار است.

بسته‌بندی پیشرفته ۴۲.۶٪ از کل ارزش بسته‌بندی نیمه‌هادی‌ها را در سال ۲۰۱۹ به خود اختصاص داده است و انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵ به این رقم برسد. تقریباً نیمی از کل بازار بسته‌بندی نیمه‌هادی‌ها را تشکیل خواهد داد. این نشان دهنده نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) ۶.۱٪ بین سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۲۵ است، به طوری که درآمد حاصل از بسته‌بندی‌های پیشرفته‌تر از ۲۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۴ به تقریباً ۴۲ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۵ دو برابر خواهد شد. این تقریباً سه برابر رشد مورد انتظار بازار بسته‌بندی سنتی است که نرخ رشد مرکب سالانه پیش‌بینی شده آن بین سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۲۵، ۲.۲ درصد خواهد بود.

ده شرکت برتر بسته‌بندی پیشرفته جهان شامل موارد زیر است: دو شرکت IDM (اینتل ایالات متحده و سامسونگ کره)؛ TSMC نیز یکی از ده شرکت برتر بسته‌بندی پیشرفته جهان است. پنج شرکت برتر بسته‌بندی پیشرفته OSAT در جهان شامل ASE (تایوان)، SPIL (تایوان)، Amkor (ایالات متحده آمریکا)، Powertech Technology (تایوان) و JCET (چین) هستند. علاوه بر این، دو شرکت کوچکتر OSAT، Nepes Display (کره) و Chipbond (تایوان) نیز وجود دارند. این ده شرکت حدود سه چهارم تراشه‌های بسته‌بندی پیشرفته را پردازش می‌کنند.

بسته‌بندی پیشرفته در ایالات متحده عمدتاً توسط فروشندگان IDM، از جمله Intel، Texas Instruments و Micron ارائه می‌شود. GlobalFoundries یک کارخانه ریخته‌گری مستقر در ایالات متحده است که خدمات بسته‌بندی پیشرفته را نیز ارائه می‌دهد. علاوه بر این، شرکت‌های کوچک‌تر، مانند Micross، Skywater و Qorvo، خدمات بسته‌بندی پیشرفته را برای رفع نیازهای دفاعی و صنعتی خاص ارائه می‌دهند.

همانطور که در بالا ذکر شد، اگرچه چین در حال حاضر از قابلیت‌های بسته‌بندی پیشرفته قوی برخوردار نیست، اما در حال توسعه قابلیت‌های بسته‌بندی پیشرفته برای جبران کمبود تولید نیمه‌هادی‌های پیشرفته خود است.

با افزایش ظرفیت و تقاضا برای بسته‌بندی پیشرفته، نظرات ارائه شده در پاسخ به اطلاعیه تحقیقات ثبت فدرال (NOI) به کمبود بسترهای بسته‌بندی پیشرفته (مبتنی بر فناوری برد مدار چاپی) و آسیب‌پذیری‌های موجود در زنجیره تأمین مرتبط در ایالات متحده اشاره دارد. تأمین‌کننده مواد اولیه در آسیا واقع شده است. شرکت‌های اصلی تولیدکننده بستر عبارتند از: ایبیدن (ژاپن)، نانیا (تایوان)، شینکو (ژاپن)، سامسونگ (کره)، یونی‌میکرون (تایوان)، مدارهای شنان (چین)، ژوهای یویا (چین) و صنایع الکترونیک AKM (چین).

علاوه بر این، تولید برد مدار چاپی (PCB) به چین منتقل شده است و این کشور را به بازار جذاب‌تری برای تأمین‌کنندگان زیرلایه تبدیل کرده است. IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) تخمین می‌زند که ایالات متحده در فناوری تولید برد مدار چاپی برای کاربردهای الکترونیکی نسل بعدی، 20 سال از آسیا عقب‌تر است. ایالات متحده زمانی بیش از 30 درصد از تولید برد مدار چاپی جهان را به خود اختصاص می‌داد؛ اکنون کمتر از 5 درصد از این سهم را دارد.

(ب) خطرات عمده

سرمایه‌گذاری چین در بسته‌بندی پیشرفته، بازارهای آینده را تهدید می‌کند:

در حالی که چین فاقد توانایی قوی در بسته‌بندی پیشرفته است، دولت چین سرمایه‌گذاری زیادی در بسته‌بندی پیشرفته انجام داده است. بسته‌بندی پیشرفته در چند سال گذشته تمرکز فناوری صنعت نیمه‌هادی چین بوده است، و شورای دولتی قصد دارد تا سال ۲۰۱۵ حدود ۳۰ درصد از کل درآمد بسته‌بندی برای تأمین‌کنندگان چینی را به خود اختصاص دهد. در ژانویه ۲۰۲۱، معاون رئیس تازه استخدام‌شده SMIC گفت که شرکت‌های چینی باید بر بسته‌بندی پیشرفته تمرکز کنند تا بر ضعف خود در کاهش عرض خط نیمه‌هادی غلبه کنند، که می‌تواند نشانه‌ای از حرکت تهاجمی SMIC به سمت بسته‌بندی پیشرفته باشد. استفن هیبرت، مدیر ارشد بازاریابی در SEMICONDUCTOR Packaging KLA، در سال ۲۰۱۸ گزارش داد که "... ما شاهد سرمایه‌گذاری‌های قوی OSAT در چین هستیم زیرا ظرفیت بسته‌بندی پیشرفته برای مطابقت با پروژه‌های کارخانه‌های پیشرو چین افزایش می‌یابد."

ظرفیت ناکافی مواد بسته‌بندی پیشرفته:

زیرلایه‌های بسته‌بندی پیشرفته مبتنی بر فناوری برد مدار چاپی هستند که عمدتاً در آسیا و عمدتاً در چین تولید می‌شوند. این موضوع برای شرکت‌هایی که به دنبال سرمایه‌گذاری در بسته‌بندی پیشرفته در ایالات متحده هستند، چالشی ایجاد می‌کند.

نیازهای دفاعی به تنهایی برای حفظ فناوری پیشرفته بسته‌بندی در ایالات متحده کافی نیست:

تعداد کمی از شرکت‌های آمریکایی راه‌حل‌های بسته‌بندی پیشرفته برای نیازهای دفاعی ارائه می‌دهند و این شرکت‌ها تنها سهم کوچکی از بازار را در اختیار دارند. با رشد قابلیت‌های بسته‌بندی پیشرفته در خارج از ایالات متحده، به زودی از نیازهای دفاعی پیشی خواهند گرفت و نیروهای بازار، قابلیت‌های پیشرفته را در خارج از کشور جذب خواهند کرد. در نهایت، کمیت، نوآوری و یادگیری عملیاتی را هدایت می‌کند. بدون حجم تجاری، ایالات متحده قادر نخواهد بود از نظر کیفیت، هزینه یا نیروی کار با فناوری همگام شود.

(3) خلاصه

به طور خلاصه، ایالات متحده برای ظرفیت ATP در مراحل پایانی به منابع خارجی متمرکز در آسیا متکی است که این امر خطر اختلال در زنجیره تأمین را در این بخش از زنجیره تأمین ایجاد می‌کند. کپسوله‌سازی در حال پیشرفت است زیرا صنعت به دنبال راه‌های جدیدی برای جبران پیچیدگی اندازه‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر ویژگی‌ها در پیشرفته‌ترین یا کوچکترین گره‌ها، بازده کمتر و بازده نهایی رو به کاهش است. در حالی که ایالات متحده و شرکای آن از قابلیت‌های بسته‌بندی پیشرفته‌ای برخوردارند، سرمایه‌گذاری سنگین چین در بسته‌بندی پیشرفته پتانسیل ایجاد اختلال در بازار را در آینده دارد. علاوه بر این، ایالات متحده فاقد اکوسیستمی برای توسعه فناوری‌های پیشرفته بسته‌بندی است.

سلب مسئولیت: این مقاله از "گفتگوهای رستوران آقای وانگ" تجدید چاپ شده است، این مقاله تنها بیانگر دیدگاه های شخصی نویسنده است، دیدگاه های ساکوئی و صنعت را نشان نمی دهد، فقط برای تجدید چاپ و اشتراک گذاری، حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی، تجدید چاپ لطفا منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید، در صورت وجود تخلف، لطفا برای حذف با ما تماس بگیرید.