(ต่อจากส่วนที่ 1: การออกแบบวงจรรวม; ส่วนที่ 2: การผลิตวงจรรวม)

V. ATP (การประกอบ การทดสอบ และบรรจุภัณฑ์) และบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

ข้อสรุปพื้นฐานเกี่ยวกับการประกอบ การทดสอบ การบรรจุ และการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง:

(1) สำหรับ ATP เซมิคอนดักเตอร์แบ็คเอนด์ที่ค่อนข้างเทคโนโลยีต่ำ สหรัฐอเมริกาต้องอาศัยทรัพยากรจากต่างประเทศอย่างมากซึ่งกระจุกตัวอยู่ในเอเชีย

(2) เนื่องจากชิปมีความซับซ้อนมากขึ้น วิธีการบรรจุขั้นสูงจึงแสดงถึงศักยภาพสำหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม สหรัฐอเมริกาไม่ใช่ประเทศที่คุ้มค่าในการพัฒนาอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงที่แข็งแกร่ง เนื่องจากขาดระบบนิเวศด้านวัสดุที่จำเป็น

(3) เพื่อเป็นการตอบสนอง การลงทุนจำนวนมากของจีนอาจส่งผลกระทบต่อตลาดที่มีอยู่

(I) การประมาณการพื้นฐานของ Flag State เกี่ยวกับบรรจุภัณฑ์และการทดสอบขั้นพื้นฐาน

(ก) ข้อมูลพื้นฐาน

ในขั้นตอน ATP พื้นฐานส่วนหลัง ชิป (แกน) จะถูกประกอบเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ซึ่งจะถูกทดสอบ บรรจุ และประกอบเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีสองโหมดสำหรับขั้นตอน ATP คือ (1) OEM โดย IDM และ (2) OEM โรงหล่อคือบริษัท OSAT (การประกอบและการทดสอบเซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะ) ที่เชี่ยวชาญด้านการทดสอบ การบรรจุ การประกอบ หรือการประกอบและให้บริการตามสัญญา ในแง่ของตลาด ATP โดยรวม บริษัทในสหรัฐอเมริกาคิดเป็น 28% ของรายได้ทั้งหมด แม้ว่าบริษัทในสหรัฐอเมริกาจะคิดเป็นประมาณ 43% ของรายได้ ATP ของ IDM ที่บูรณาการในแนวดิ่ง แต่บริษัทในสหรัฐอเมริกาก็ได้ว่าจ้างการผลิต ATP ไปยังโรงงานนอกสหรัฐอเมริกา โรงหล่อเช่น TSMC (ไต้หวัน), UMC (ไต้หวัน), SMIC (จีนแผ่นดินใหญ่) และ XMC (จีนแผ่นดินใหญ่) ได้เข้าสู่ธุรกิจบรรจุภัณฑ์เพื่อเพิ่มบริการการผลิตที่พวกเขานำเสนอให้กับลูกค้าที่ไม่มีโรงงานผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงของชิปขนาดเล็ก TSMC เปิดตัวโซลูชันบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงครั้งแรกในปี 2012 ในปี 2017 มี OSAT ที่แตกต่างกันมากกว่า 100 รายการในตลาด มี OSAT ขนาดใหญ่แปดแห่ง ส่วนใหญ่เป็นผู้เล่นขนาดเล็กถึงขนาดกลาง

แม้ว่าจะมีบริษัท OSAT ในสหรัฐฯ บางแห่ง (โดยเฉพาะ Amkor) แต่บริษัทในสหรัฐฯ คิดเป็นสัดส่วนเพียง 15% ของธุรกิจของ OSAT (ไต้หวันเป็นผู้นำด้วย 52% ตามมาด้วยจีนที่ 21%) และ Amkor มีฐานอยู่ในสหรัฐฯ แต่ไม่มีโรงงานผลิต สิ่งอำนวยความสะดวกในสหรัฐอเมริกา

โดยทั่วไปแล้ว การผลิตบรรจุภัณฑ์แบบ ATP ขั้นพื้นฐานเป็นธุรกิจที่มีระบบอัตโนมัติสูงและมีมูลค่าต่ำ ต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ และจ้างแรงงานทักษะต่ำเป็นส่วนใหญ่ (ซึ่งกำลังเปลี่ยนแปลงไปกับการนำเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงมาใช้ดังที่กล่าวไว้ด้านล่าง) ดังนั้น การดำเนินงานนี้จึงเป็นระยะแรก (เริ่มต้นในทศวรรษ 1970) ของการจ้างผลิตจากภายนอกในสหรัฐอเมริกา ซึ่งส่วนใหญ่ไปยังเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ปัจจุบัน โรงงานจ้างผลิต ATP ส่วนใหญ่อยู่ในจีน ไต้หวัน และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ (สิงคโปร์ มาเลเซีย ฟิลิปปินส์ และเวียดนาม) SEMI และ Techsearch ระบุว่ามีบริษัทจ้างผลิต OSAT มากกว่า 120 แห่ง และโรงงานบรรจุภัณฑ์ 360 แห่งทั่วโลกในปี 2018 ในจำนวนโรงงาน 360 แห่ง มีมากกว่า 100 แห่งอยู่ในจีน ประมาณ 100 แห่งอยู่ในไต้หวัน และ 43 แห่งอยู่ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ (ส่วนที่เหลืออยู่ในยุโรปหรืออเมริกา) การผลิต OSAT ในจีนใช้เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์หลักในปัจจุบัน แต่จีนกำลังพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

ในด้านการทดสอบ เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์จะต้องได้รับการรับรองและทดสอบก่อนจึงจะสามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิ (ช่วงขยาย) ความต้านทานรังสี และสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเพื่อเหตุผลด้านความมั่นคงของชาติ ซึ่งรวมถึงการทดสอบผลกระทบจากอนุภาคเดี่ยว (SEE) โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานการทดสอบรังสีไอออนหนัก โครงสร้างพื้นฐานการทดสอบรังสีไอออนหนักที่มีอยู่แล้วในสหรัฐอเมริกามีความเปราะบางและไม่สามารถตอบสนองความต้องการการทดสอบ SEE ในปัจจุบันหรือในอนาคตได้ ลูกค้ามักต้องรอคอยเป็นเวลานานและราคาการทดสอบที่สูงขึ้น และมีความเสี่ยงต่อความเครียดอย่างมากแม้ว่าโรงงานขนาดใหญ่จะปิดตัวลงอย่างกะทันหันก็ตาม "มีห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคไม่ถึงครึ่งโหลที่สามารถผลิตลำแสงไอออนที่มีความหลากหลายของไอออนและพลังงานเพียงพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดการทดสอบ SEE" สิ่งนี้ส่งผลต่อความพร้อมในการทดสอบเพื่อสนับสนุนภารกิจอวกาศในอนาคตระหว่างหน่วยงานอวกาศและอุตสาหกรรม (รวมถึงดาวเทียม)

(B) ความเสี่ยงที่สำคัญ

ปัจจุบัน สหรัฐอเมริกามีส่วนแบ่งเพียง 3 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลก (ไม่รวมกำลังการผลิตด้านการทดสอบ) ซึ่งส่วนใหญ่มาจากบริษัท IDM ที่มักมีโรงงานผลิต ATP อยู่นอกสหรัฐอเมริกา แม้ว่าในอดีตจะเป็นส่วนประกอบที่มีเทคโนโลยีต่ำในห่วงโซ่อุปทาน แต่ก็เป็นขั้นตอนที่สำคัญ การที่สหรัฐอเมริกาพึ่งพาการผลิต ATP ที่จำเป็นในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ไต้หวัน และจีน ทำให้ห่วงโซ่อุปทานของสหรัฐฯ มีความเสี่ยงต่อการหยุดชะงัก

(II) การอภิปรายของซิตี้แบงก์เกี่ยวกับเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

(ก) ข้อมูลพื้นฐาน

แม้ว่า ATP ขั้นพื้นฐานจะเป็นองค์ประกอบที่มีมูลค่าต่ำในห่วงโซ่อุปทาน แต่เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ก็มีความก้าวหน้ามากขึ้น เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ก้าวทันกฎของมัวร์ ซึ่งคาดการณ์ว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ในเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ สองปีโดยประมาณ ปัจจุบัน ประโยชน์ด้านพลังงานและประสิทธิภาพของชิปที่เล็กลงในแต่ละโหนดกระบวนการใหม่กำลังลดลง ในขณะที่ต้นทุนต่อทรานซิสเตอร์ก็เพิ่มขึ้น แม้ว่าการลดขนาดจะยังคงเป็นทางเลือกหนึ่ง เนื่องจากการปรับขนาดจะมีราคาแพงและยากขึ้น อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังมองหาทางเลือกที่เกี่ยวข้องกับการประกอบชิปขนาดเล็กและ/หรือวงจรรวมหลายตัวเป็นแพ็คเกจเดียว สิ่งนี้เรียกว่าการห่อหุ้มขั้นสูง การบรรจุขั้นสูงถือเป็นเทคโนโลยีทางเลือกและเสริมในการลดความกว้างของสายการผลิต เนื่องจากมีความหนาแน่นของชิปที่สูงกว่าในขั้นตอนบรรจุภัณฑ์มากกว่าระดับชิป และช่วยให้สามารถรวมฟังก์ชันชิปต่างๆ เข้าด้วยกันภายในบรรจุภัณฑ์เดียวได้ บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงยังช่วยให้สามารถใช้ชิปที่จำหน่ายทั่วไปในเชิงพาณิชย์ได้มากขึ้น (ได้รับการอนุมัติจากกระทรวงกลาโหม) เพื่อปรับแต่งโซลูชัน

ประเภทบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง ได้แก่ เทคนิคการซ้อนชิป (โดยเฉพาะชิปหน่วยความจำ) และชิปฝังตัว การกระจายสัญญาณ บรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์ และบรรจุภัณฑ์ระดับระบบ (การประกอบชิปขนาดเล็กหรือชิปหลายตัวเข้าไว้ในบรรจุภัณฑ์เดียว) แนวทางหนึ่งสำหรับชิปตรรกะคือการแยกฟังก์ชัน IP มาตรฐานออกเป็นชิปขนาดเล็กต่างๆ ที่เรียกว่า "ไมโครชิป" ซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านอินเทอร์เฟซมาตรฐานบนบรรจุภัณฑ์เดียว ชิปขนาดเล็กทำงานร่วมกับชิปขนาดเล็กอื่นๆ ดังนั้นการออกแบบจึงต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมร่วมกันและไม่สามารถออกแบบแยกกันได้ หน่วยงานวิจัยโครงการขั้นสูงด้านการป้องกันประเทศ (DARPA) และกองทัพเรือ รวมถึงผู้เล่นในอุตสาหกรรม (AMD, Marvell และ Intel) มีโครงการจำนวนมากที่กำลังสำรวจแนวทางนี้ บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงมีคุณค่าต่อความมั่นคงของชาติโดยการแบ่งย่อยฟังก์ชัน ความปลอดภัย ปริมาณ และประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อจัดหาอุปกรณ์ที่ปรับแต่งได้สำหรับแอปพลิเคชันด้านความมั่นคงของชาติที่เฉพาะเจาะจง

บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงคิดเป็น 42.6% ของมูลค่ารวมของบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ในปี 2019 และคาดว่าจะถึงปี 2025 โดยจะคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของตลาดบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด นี่จะแสดงถึงอัตราการเติบโตต่อปี (CAGR) ที่ 6.1% ระหว่างปี 2014 ถึง 2025 โดยรายรับบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพิ่มขึ้นสองเท่าจาก 20 พันล้านดอลลาร์ในปี 2014 เป็นประมาณ 42 พันล้านดอลลาร์ในปี 2025 ซึ่งเกือบสามเท่าของการเติบโตที่คาดหวังของตลาดบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิม โดยมีการคาดการณ์ CAGR ที่ร้อยละ 2.2 ระหว่างปี 2014 ถึง 2025

บริษัทผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง 10 อันดับแรกของโลก ได้แก่ บริษัท IDM สองแห่ง (Intel จากสหรัฐอเมริกาและ Samsung จากเกาหลี) และ TSMC ซึ่งเป็นหนึ่งในบริษัทผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง 10 อันดับแรกของโลกเช่นกัน บริษัทผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ OSAT ขั้นสูง 5 อันดับแรกของโลก ได้แก่ ASE (ไต้หวัน), SPIL (ไต้หวัน), Amkor (สหรัฐอเมริกา), Powertech Technology (ไต้หวัน) และ JCET (จีน) นอกจากนี้ยังมีบริษัท OSAT ขนาดเล็กอีกสองแห่ง คือ Nepes Display (เกาหลี) และ Chipbond (ไต้หวัน) บริษัททั้ง 10 แห่งนี้มีส่วนแบ่งการตลาดประมาณสามในสี่ของชิปบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงทั้งหมด

บริการออกแบบชิปขั้นสูงในสหรัฐอเมริกา ส่วนใหญ่มาจากผู้ผลิตแบบ IDM (Integrated Design Enterprise) เช่น Intel, Texas Instruments และ Micron GlobalFoundries เป็นโรงงานผลิตชิปในสหรัฐฯ ที่ให้บริการออกแบบชิปขั้นสูงเช่นกัน นอกจากนี้ บริษัทขนาดเล็ก เช่น Micross, Skywater และ Qorvo ก็ให้บริการออกแบบชิปขั้นสูงเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะด้านในอุตสาหกรรมป้องกันประเทศและอุตสาหกรรมอื่นๆ ด้วย

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น แม้ว่าปัจจุบันจีนไม่มีความสามารถด้านบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงที่แข็งแกร่ง แต่กำลังพัฒนาความสามารถด้านบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพื่อชดเชยการขาดการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัย

เนื่องจากกำลังการผลิตและความต้องการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพิ่มขึ้น ความคิดเห็นที่ส่งเข้ามาเพื่อตอบสนองต่อประกาศการสืบสวนการลงทะเบียนของรัฐบาลกลาง (NOI) ชี้ให้เห็นถึงการขาดพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง (ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์) และช่องโหว่ในห่วงโซ่อุปทานที่เกี่ยวข้องในสหรัฐ รัฐ. ผู้จัดจำหน่ายวัสดุฐานตั้งอยู่ในเอเชีย บริษัทซับสเตรตหลัก ได้แก่: Ibiden (ญี่ปุ่น), Nanya (ไต้หวัน), Shinko (ญี่ปุ่น), Samsung (เกาหลี), Unimicron (ไต้หวัน), Shennan Circuits (จีน), Zhuhai Yueya (จีน) และ AKM Electronics Industrial (จีน)

นอกจากนี้ การผลิต PCB ได้ย้ายไปที่ประเทศจีน ทำให้เป็นตลาดที่น่าดึงดูดยิ่งขึ้นสำหรับซัพพลายเออร์ซับสเตรต IPC/ US Trusted Electronics Partnership (USPAE) ประมาณการว่าสหรัฐฯ ล้าหลังเอเชียถึง 20 ปีในด้านเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์สำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ยุคถัดไป โดยสหรัฐฯ ครั้งหนึ่งเคยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 30% ของการผลิตแผงวงจรพิมพ์ทั่วโลก ตอนนี้มีสัดส่วนน้อยกว่า 5%

(B) ความเสี่ยงที่สำคัญ

การลงทุนของจีนในด้านบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงคุกคามตลาดในอนาคต:

แม้ว่าจีนจะขาดความสามารถในการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงที่แข็งแกร่ง แต่รัฐบาลจีนก็ได้ลงทุนอย่างมากในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเป็นจุดสนใจทางเทคโนโลยีของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของจีนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยสภาแห่งรัฐตั้งเป้าให้บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของรายได้จากบรรจุภัณฑ์ทั้งหมดสำหรับซัพพลายเออร์ในจีนภายในปี 2015 ในเดือนมกราคม 2021 รองพนักงานใหม่ของ SMIC ประธานกล่าวว่า บริษัทจีนควรมุ่งเน้นไปที่บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพื่อเอาชนะจุดอ่อนในการลดความกว้างของเส้นเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งอาจส่งสัญญาณว่า SMIC จะก้าวไปสู่บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงอย่างจริงจัง Stephen Hiebert ผู้อำนวยการอาวุโสฝ่ายการตลาดของ SEMICONDUCTOR Packaging KLA รายงานในปี 2018 ว่า "... เราเห็นการลงทุนที่แข็งแกร่งของ OSAT ในจีน เนื่องจากกำลังการผลิตบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเพิ่มขึ้นเพื่อให้เข้ากับโครงการ fabs ส่วนหน้าของจีน"

กำลังการผลิตวัสดุบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงไม่เพียงพอ:

พื้นผิวบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงใช้เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์ ซึ่งส่วนใหญ่ผลิตในเอเชียและส่วนใหญ่ในประเทศจีน สิ่งนี้ก่อให้เกิดความท้าทายสำหรับบริษัทที่ต้องการลงทุนในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงในสหรัฐอเมริกา

ความต้องการด้านการป้องกันประเทศเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะรักษาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงไว้ในสหรัฐอเมริกา:

บริษัทในสหรัฐฯ จำนวนน้อยเท่านั้นที่ให้บริการโซลูชันบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงสำหรับความต้องการด้านการป้องกันประเทศ และบริษัทเหล่านี้มีส่วนแบ่งการตลาดเพียงเล็กน้อย เมื่อความสามารถด้านบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเติบโตขึ้นนอกสหรัฐฯ ในไม่ช้าก็จะแซงหน้าความต้องการด้านการป้องกันประเทศ และแรงกดดันจากตลาดจะดึงดูดความสามารถที่ล้ำสมัยจากต่างประเทศ ท้ายที่สุดแล้ว ปริมาณเป็นตัวขับเคลื่อนนวัตกรรมและการเรียนรู้เชิงปฏิบัติการ หากปราศจากปริมาณเชิงพาณิชย์ สหรัฐฯ จะไม่สามารถตามทันเทคโนโลยีในแง่ของคุณภาพ ต้นทุน หรือแรงงานได้

(3) สรุป

โดยสรุป สหรัฐฯ อาศัยทรัพยากรจากต่างประเทศที่กระจุกตัวอยู่ในเอเชียสำหรับความจุ ATP แบ็กเอนด์ ซึ่งสร้างความเสี่ยงในการหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานในส่วนนี้ของห่วงโซ่อุปทาน การห่อหุ้มกำลังก้าวหน้ามากขึ้น เนื่องจากอุตสาหกรรมมองหาวิธีใหม่ในการชดเชยความซับซ้อนของขนาดคุณสมบัติที่เล็กลงที่โหนดที่ทันสมัยที่สุดหรือเล็กที่สุด อัตราผลตอบแทนที่ลดลง และผลตอบแทนส่วนเพิ่มที่ลดลง แม้ว่าสหรัฐอเมริกาและพันธมิตรจะมีขีดความสามารถด้านบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง แต่การลงทุนจำนวนมากของจีนในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงก็มีศักยภาพที่จะพลิกโฉมตลาดได้ในอนาคต นอกจากนี้ สหรัฐฯ ยังขาดระบบนิเวศในการพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

Disclaimer: บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก "การพูดคุยเรื่องร้านอาหารของ Mr. Wang" บทความนี้นำเสนอเฉพาะมุมมองส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น ไม่ได้เป็นตัวแทนของมุมมองของ Sakwei และอุตสาหกรรมเพียงเพื่อพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาพิมพ์ซ้ำ โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้แต่ง หากมีการละเมิด โปรดติดต่อเราเพื่อลบ