(Eftir I. hluta: Hönnun samþættra hringrása; II. hluti: Framleiðsla samþættra hringrása)

V. ATP (samsetning, prófun og pökkun) og háþróuð pökkun

Helstu niðurstöður um samsetningu, prófanir, pökkun og háþróaða pökkun:

(1) Bandaríkin reiða sig mjög á erlendar auðlindir sem eru einbeittar í Asíu þegar kemur að tiltölulega lágtækni hálfleiðurum sem framleiða ATP.

(2) Þar sem örgjörvar verða flóknari eru háþróaðar umbúðaaðferðir möguleg svið fyrir verulegar tækniframfarir. Hins vegar eru Bandaríkin ekki heldur hagkvæmur staður til að þróa sterkan háþróaðan umbúðaiðnað þar sem þar skortir nauðsynlegt vistkerfi efnis;

(3) Til að bregðast við gætu miklar kínverskar fjárfestingar raskað núverandi mörkuðum.

(I) Grunnmat fánaríkisins á grunnumbúðum og prófunum

(A) Grunnupplýsingar

Á grunn-ATP-stiginu er örgjörvinn (kjarninn) settur saman í fullunna vöru sem er prófuð, pökkuð og síðan settur saman í rafeindabúnað. Tvær leiðir eru til að framkvæma ATP-stigið: (1) OEM eftir IDM og (2) OEM. Foundries eru OSAT (pure semiconductor assembly and testing) fyrirtæki sem sérhæfa sig í prófunum, pökkun, samsetningu eða samsetningu og veita verktakaþjónustu. Hvað varðar heildar-ATP markaðinn námu bandarísk fyrirtæki 28% af heildartekjum; Þó að bandarísk fyrirtæki standi undir um það bil 43% af tekjum lóðrétt samþættra IDM ATP, hafa bandarísk fyrirtæki útvistað ATP framleiðslu til verksmiðja utan Bandaríkjanna. Foundries eins og TSMC (Taívan), UMC (Taívan), SMIC (meginland Kína) og XMC (meginland Kína) hafa farið inn í umbúðabransann til að auka framleiðsluþjónustu sem þau bjóða viðskiptavinum án framleiðslu, sérstaklega fyrir háþróaða umbúðir lítilla örgjörva. TSMC setti á markað fyrstu háþróuðu umbúðalausn sína árið 2012. Árið 2017 voru meira en 100 mismunandi OSATS á markaðnum. Það eru átta stór OSATS; Flestir eru litlir til meðalstórir leikmenn.

Þó að nokkur bandarísk fyrirtæki í OSAT-deildinni séu til staðar (einkum Amkor), þá standa bandarísk fyrirtæki aðeins undir 15% af viðskiptum OSAT (Taívan er með 52%, á eftir Kína með 21%), og Amkor er með höfuðstöðvar í Bandaríkjunum en hefur ekki framleiðsluaðstöðu þar.

Grunnframleiðsla á ATP hefur hefðbundið verið mjög sjálfvirk og lágverðmæt rekstur, sem krefst töluverðrar framleiðslu og hefur að mestu leyti ófaglærðra starfsmanna í vinnu (þetta er að breytast með tilkomu þeirrar háþróuðu umbúðatækni sem rætt er um hér að neðan). Þessi aðgerð var því fyrsti áfanginn (sem hófst á áttunda áratugnum) í útvistun framleiðslu í Bandaríkjunum, sem aðallega var til Suðaustur-Asíu. Í dag eru flestar útvistunarverksmiðjur ATP í Kína, Taívan og Suðaustur-Asíu (Singapúr, Malasía, Filippseyjar og Víetnam). SEMI og Techsearch fundu meira en 120 útvistunarfyrirtæki OSAT og 360 umbúðaverksmiðjur um allan heim árið 2018. Af 360 verksmiðjum eru meira en 100 í Kína, um 100 í Taívan og 43 í Suðaustur-Asíu (hinar eru í Evrópu eða Ameríku). Framleiðsla OSAT í Kína notar núverandi almennu umbúðatækni, en Kína er að þróa háþróaða umbúðatækni.

Hvað varðar prófun verður að votta og prófa hálfleiðaratækni áður en hægt er að nota hana við hitastig (útvíkkað svið), geislunarþol og erfiðar aðstæður vegna þjóðaröryggisástæðna. Þetta felur í sér prófanir á einþátta áhrifum (SEE) með því að nota innviði fyrir prófun á þungajónageislun. Núverandi innviðir fyrir prófun á þungajónageislun í Bandaríkjunum eru brothættir og geta ekki uppfyllt núverandi eða framtíðarþarfir fyrir SEE-prófanir. Viðskiptavinir upplifa oft langan biðtíma og hækkandi prófunarverð og eru viðkvæmir fyrir verulegu álagi jafnvel þótt stór aðstaða leggist skyndilega niður. „Það eru færri en hálft tylft hraðlarannsóknarstofnana sem geta framleitt jónageisla af nægilegri jónafjölbreytni og orku til að uppfylla kröfur um SEE-prófanir.“ Þetta hefur áhrif á framboð á prófunum til að styðja við framtíðar geimferðir milli geimferðastofnana og iðnaðarins (þar á meðal gervihnatta).

(B) Helstu áhættur

Í dag hafa Bandaríkin aðeins 3 prósent af heimsframleiðslugetu hálfleiðaraumbúða (að undanskildum prófunargetu), aðallega frá IDM-fyrirtækjum, sem oft hafa ATP-aðstöðu utan Bandaríkjanna. Þótt þetta hafi sögulega verið lágtæknilegur þáttur í framboðskeðjunni, þá er þetta mikilvægt skref. Traust Bandaríkjanna á nauðsynlegri ATP-framleiðslu í Suðaustur-Asíu, Taívan og Kína setur bandarísku framboðskeðjuna í hættu á truflunum.

(II) Umræða Citibank um háþróaða umbúðatækni

(A) Grunnupplýsingar

Þótt grunn ATP hafi hefðbundið verið lágvirðisþáttur í framboðskeðjunni, eru pökkunartækni að verða sífellt fullkomnari. Í áratugi hefur hálfleiðaraiðnaðurinn fylgt lögmáli Moore, sem spáir því að fjöldi smára í hálfleiðara tvöfaldist á um það bil tveggja ára fresti. Í dag eru afl- og afköstaávinningurinn af því að minnka stærð örgjörva við hvern nýjan vinnsluhnút að minnka, en kostnaður á hvern smára er að aukast. Þótt minnkun sé enn möguleiki, þar sem stærðaraukning verður dýrari og erfiðari, er hálfleiðaraiðnaðurinn að leita að valkostum sem fela í sér að setja saman litla örgjörva og/eða marga samþætta hringrás í eina pakka. Þetta kallast háþróuð innhjúpun. Háþróuð pökkun er valkostur og viðbót við línubreiddarminnkun vegna þess að hún veitir meiri örgjörvaþéttleika á pakkastigi frekar en á örgjörvastigi og gerir kleift að samþætta mismunandi örgjörvavirkni innan einnar pakka. Háþróuð pökkun gerir einnig kleift að nota meira af tilbúnum örgjörvum (varnarsamþykktum) til að sérsníða lausnir.

Meðal háþróaðra pökkunartegunda eru aðferðir við staflan örgjörva (sérstaklega minnisflögur) og innbyggðar örgjörvar, aðdáunarlausnir, pökkun á skífustigi og pökkun á kerfisstigi (að setja saman litla örgjörva eða marga örgjörva í eina pakka). Ein aðferð við rökfræðiflögur er að aðskilja staðlaðar IP-föll í mismunandi, minni örgjörva, kallaða „örflögur“, sem tengjast í gegnum stöðluð tengi á einni pakka. Smáar örgjörvar vinna með öðrum smáum örgjörvum, þannig að hönnun verður að vera fínstillt saman og ekki er hægt að hanna þær í einangrun. Rannsóknarverkefni varnarmálaráðuneytisins (DARPA) og sjóherinn, sem og aðilar í greininni (AMD, Marvell og Intel), hafa fjölda verkefna í gangi sem kanna þessa aðferð. Háþróuð pökkun er af þjóðaröryggisgildi með því að brjóta niður virkni, öryggi, rúmmál og umhverfisárangur til að veita sérsniðna búnað fyrir einstök þjóðaröryggisforrit.

Háþróaðar umbúðir námu 42.6% af heildarvirði hálfleiðaraumbúða árið 2019 og er búist við að þær nái til ársins 2025. Munu nema næstum helmingi af öllum markaði hálfleiðaraumbúða. Þetta myndi samsvara 6.1% samsettum árlegum vexti (CAGR) á milli áranna 2014 og 2025, þar sem tekjur af háþróaðri umbúðum tvöfölduðust úr 20 milljörðum Bandaríkjadala árið 2014 í um það bil 42 milljarða Bandaríkjadala árið 2025. Þetta er næstum þrefalt meiri en búist var við á markaði hefðbundinna umbúða, með áætlaðan CAGR upp á 2.2 prósent á milli áranna 2014 og 2025.

Meðal tíu efstu fyrirtækja heims í háþróaðri umbúðaiðnaði eru: tvö IDM-fyrirtæki (Intel í Bandaríkjunum og Samsung í Kóreu); TSMC er einnig eitt af tíu efstu fyrirtækjum heims í háþróaðri umbúðaiðnaði. Fimm efstu fyrirtæki heims í háþróaðri umbúðaiðnaði eru ASE (Taívan), SPIL (Taívan), Amkor (Bandaríkin), Powertech Technology (Taívan) og JCET (Kína). Þar að auki eru tvö minni OSAT-fyrirtæki, Nepes Display (Kórea) og Chipbond (Taívan). Þessi tíu fyrirtæki vinna úr um þremur fjórðu af háþróaðri umbúðaiðnaði örgjörva.

Í Bandaríkjunum eru háþróaðar umbúðir aðallega veittar af IDM-framleiðendum, þar á meðal Intel, Texas Instruments og Micron. GlobalFoundries er bandarískt steypufyrirtæki sem veitir einnig háþróaða umbúðaþjónustu. Þar að auki bjóða minni fyrirtæki, eins og Micross, Skywater og Qorvo, upp á háþróaða umbúðaþjónustu til að mæta sérhæfðum þörfum í varnarmálum og iðnaði.

Eins og áður hefur komið fram, þó að Kína hafi ekki sterka getu til að framleiða háþróaða umbúðir eins og er, þá er það að þróa háþróaða umbúðagetu til að bæta upp fyrir skort á háþróaðri framleiðslu á hálfleiðurum.

Þar sem afkastageta og eftirspurn eftir háþróaðri umbúðum eykst, bentu athugasemdir sem bárust í kjölfar rannsóknartilkynningar frá alríkisstjórninni (NOI) á skort á háþróaðri umbúðaundirlagi (byggt á prentuðu rafrásartækni) og veikleika í tengdri framboðskeðju í Bandaríkjunum. Birgir grunnefnisins er staðsettur í Asíu. Helstu undirlagsfyrirtæki eru: Ibiden (Japan), Nanya (Taívan), Shinko (Japan), Samsung (Kórea), Unimicron (Taívan), Shennan Circuits (Kína), Zhuhai Yueya (Kína) og AKM Electronics Industrial (Kína).

Að auki hefur framleiðsla prentplatna færst til Kína, sem gerir það að aðlaðandi markaði fyrir birgja undirlaga. IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) áætlar að Bandaríkin séu 20 árum á eftir Asíu í framleiðslutækni prentplatna fyrir næstu kynslóð rafeindabúnaðar. Bandaríkin stóðu áður fyrir meira en 30% af framleiðslu prentplatna í heiminum; nú standa þau fyrir minna en 5%.

(B) Helstu áhættur

Fjárfesting Kína í háþróaðri umbúðum ógnar framtíðarmörkuðum:

Þótt Kína skorti sterka getu til að framleiða háþróaða umbúðir hefur kínverska ríkisstjórnin fjárfest mikið í háþróaðri umbúðum. Háþróaðar umbúðir hafa verið tæknileg áhersla kínverska hálfleiðaraiðnaðarins undanfarin ár og stefnir ríkisstjórnin að því að háþróaðar umbúðir nemi um 30 prósentum af öllum tekjum kínverskra birgja af umbúðum fyrir árið 2015. Í janúar 2021 sagði nýráðinn varaformaður SMIC að kínversk fyrirtæki ættu að einbeita sér að háþróaðri umbúðum til að sigrast á veikleika sínum í að minnka breidd hálfleiðaralína, sem gæti bent til þess að SMIC muni stefna af krafti að háþróaðri umbúðum. Stephen Hiebert, framkvæmdastjóri markaðsmála hjá SEMICONDUCTOR Packaging KLA, greindi frá því árið 2018 að „... Við sjáum miklar fjárfestingar frá OSAT í Kína þar sem getu til að framleiða háþróaðar umbúðir eykst til að passa við verkefni Kína í framhaldsframleiðslu.“

Ófullnægjandi afkastageta háþróaðra umbúðaefna:

Undirlag háþróaðra umbúða er byggt á prentuðu rafrásartækni, sem er að mestu leyti framleidd í Asíu og að mestu leyti í Kína. Þetta er áskorun fyrir fyrirtæki sem vilja fjárfesta í háþróaðri umbúðum í Bandaríkjunum.

Varnarmál ein og sér duga ekki til að halda háþróaðri umbúðatækni í Bandaríkjunum:

Fáein bandarísk fyrirtæki bjóða upp á háþróaðar umbúðalausnir fyrir varnarmál og þessi fyrirtæki hafa aðeins lítinn markaðshlutdeild. Þar sem háþróuð umbúðatækni vex utan Bandaríkjanna mun hún brátt vera meiri en varnarmál og markaðsöflin munu laða að sér framúrskarandi tækni erlendis. Að lokum knýr magn nýsköpun og rekstrarnám áfram; án viðskiptamagns munu Bandaríkin ekki geta fylgst með tækni hvað varðar gæði, kostnað eða vinnuafl.

(3) Samantekt

Í stuttu máli má segja að Bandaríkin reiða sig á erlendar auðlindir sem eru einbeittar í Asíu fyrir afkastagetu ATP í bakenda framboðskeðjunnar, sem skapar hættu á röskun á framboðskeðjunni í þessum hluta framboðskeðjunnar. Innhyllun er að verða sífellt þróaðri þar sem iðnaðurinn leitar nýrra leiða til að bæta upp fyrir flækjustig smærri og minni eiginleikastærða á fullkomnustu eða minnstu hnútum, lægri ávöxtun og minnkandi jaðarávöxtun. Þó að Bandaríkin og samstarfsaðilar þeirra búi yfir háþróaðri pökkunargetu, þá hefur mikil fjárfesting Kína í háþróaðri umbúðum möguleika á að raska markaðnum í framtíðinni. Að auki skortir Bandaríkin vistkerfi til að þróa háþróaða umbúðatækni.

Fyrirvari: Þessi grein er endurprentuð úr "Herra Wang's Restaurant talk", þessi grein sýnir aðeins persónulegar skoðanir höfundar, táknar ekki skoðanir Sakwei og iðnaðarins, aðeins til að endurprenta og deila, styðja vernd hugverkaréttinda, endurprenta vinsamlegast tilgreinið upprunalega uppruna og höfund, ef um brot er að ræða, vinsamlegast hafðu samband við okkur til að eyða.