Aktualności

Gwałtowny wzrost popytu na chipy wpływa na łańcuch dostaw opakowań IC, powodując niedobory wybranych mocy produkcyjnych, różnych typów opakowań, kluczowych komponentów i sprzętu.

Wyraźne niedobory opakowań ujawniły się pod koniec 2020 r. I od tego czasu rozprzestrzeniły się na inne sektory.Obecnie w łańcuchu dostaw występuje wiele wąskich gardeł.Pojemność wirebond i flip-chip pozostanie niewielka przez cały 2021 rok, wraz z wieloma różnymi typami opakowań.Ponadto brakuje krytycznych komponentów stosowanych w pakietach układów scalonych, a mianowicie ramy prowadzące i podłoża.Niedawne pożary w fabryce substratów opakowaniowych na Tajwanie pogorszyły problemy.Ponadto w przypadku drukarek i innego sprzętu terminy dostaw są wydłużane.

Ogólnie rzecz biorąc, dynamika opakowań odzwierciedla ogólny obraz popytu w branży półprzewodników.Począwszy od połowy 2020 r., Rynki serwerów i notebooków nabrały tempa, tworząc ogromny popyt na różne chipy i pakiety dla tych rynków.Ponadto nagłe odbicie w sektorze motoryzacyjnym wywróciło rynek do góry nogami, powodując powszechne niedobory wiórów i mocy odlewniczych.

Niedobory na rynkach półprzewodników i opakowań nie są niczym nowym i występują podczas cykli napędzanych popytem w branży IC.Różnica polega na tym, że przemysł wreszcie zaczyna dostrzegać znaczenie opakowań.Jednak kruchość niektórych części łańcucha dostaw opakowań, w szczególności substratów, zaskoczyła wielu.

Ograniczenia łańcucha dostaw już powodują opóźnienia w dostawach, ale nie jest jasne, czy problemy będą się utrzymywać.Nie trzeba dodawać, że istnieje pilna potrzeba wzmocnienia łańcucha dostaw opakowań.Po pierwsze, opakowanie odgrywa większą rolę w całej branży.Producenci OEM chcą mniejszych i szybszych chipów, które wymagają nowych i lepszych pakietów układów scalonych o dobrej wydajności elektrycznej.

Jednocześnie zaawansowane opakowanie staje się bardziej realną opcją do opracowywania nowych projektów chipów na poziomie systemowym.Korzyści w zakresie mocy i wydajności wynikające ze skalowania chipów maleją w każdym nowym węźle, a koszt jednego tranzystora rośnie od czasu wprowadzenia finFET.Tak więc, podczas gdy skalowanie pozostaje opcją dla nowych projektów, branża szuka alternatyw, a umieszczenie wielu heterogenicznych układów scalonych w zaawansowanym pakiecie jest jednym z rozwiązań.

„Ludzie zdali sobie sprawę ze znaczenia opakowania” - powiedział Jan Vardaman, prezes TechSearch International.„Został podniesiony do dyskusji na poziomie korporacyjnym w firmach i firmach zajmujących się półprzewodnikami.Ale jesteśmy w punkcie zwrotnym w naszej branży, w którym po prostu nie możemy zaspokoić popytu bez naszego łańcucha dostaw na dobrej pozycji ”.

Aby pomóc branży uzyskać wgląd w rynek, Semiconductor Engineering przyjrzała się aktualnej dynamice w zakresie opakowań, a także łańcucha dostaw, w tym pojemności, opakowań i komponentów.

Boom na wióry / opakowania
To była jazda kolejką górską w branży półprzewodników.Na początku 2020 r. Biznes wyglądał dobrze, ale rynek IC spadł w związku z wybuchem pandemii Covid-19.

W 2020 r. Różne kraje wdrożyły szereg środków mających na celu złagodzenie epidemii, takich jak zamówienia na pobyt w domu i zamykanie firm.Wkrótce nastąpiły zawirowania gospodarcze i utrata miejsc pracy.

Jednak do połowy 2020 r. Rynek IC odbił się, ponieważ gospodarka pozostająca w domu zwiększyła popyt na komputery, tablety i telewizory.W 2020 roku branża układów scalonych zakończyła się na wysokim poziomie, ponieważ sprzedaż chipów wzrosła o 8% w porównaniu z rokiem 2019, według VLSI Research.

Dynamika ta została przeniesiona na pierwszą połowę 2021 roku. Według VLSI Research, w sumie, przewiduje się, że rynek półprzewodników wzrośnie o 11% w 2021 roku.

„Widzimy ogromne zapotrzebowanie ze względu na IoT, urządzenia brzegowe i inteligentne urządzenia obsługiwane przez 5G” - powiedział Tien Wu, dyrektor operacyjny w ASE, podczas niedawnej telekonferencji.„Dzięki wysokowydajnym obliczeniom, chmurze, e-commerce, a także małym opóźnieniom 5G i wysokim szybkościom transmisji danych, widzimy więcej aplikacji dla urządzeń inteligentnych, pojazdów elektrycznych i wszystkich aplikacji IoT”.

W ubiegłym roku rynek motoryzacyjny był spowolniony.Ostatnio firmy motoryzacyjne odnotowały wzrost popytu, ale teraz zmagają się z falą niedoborów chipów.W niektórych przypadkach producenci samochodów zostali zmuszeni do tymczasowego zamknięcia wybranych roślin.

Dostawcy układów scalonych z fabrykami, a także odlewnie, nie są w stanie zaspokoić popytu na rynku motoryzacyjnym i innych.„Przez większą część kalendarza 2020 fabryki pracowały z bardzo wysokim współczynnikiem wykorzystania - zarówno 200 mm, jak i 300 mm - we wszystkich technologiach” - powiedział Walter Ng, wiceprezes ds. Rozwoju biznesu w UMC.„Segment motoryzacyjny w żadnym wypadku nie jest w żaden sposób wyodrębniany, ponieważ wydaje się, że wszystkie segmenty i aplikacje działają z ograniczoną podażą.Wiele fabryk motoryzacyjnych miało przestoje w drugiej połowie ubiegłego roku z powodu COVID.Zaobserwowaliśmy, że wielu dostawców półprzewodników do samochodów ograniczyło lub zaprzestało zamówień w tych okresach.Jeśli weźmiesz to pod uwagę, w połączeniu z praktykami oszczędnymi zapasami w branży motoryzacyjnej, mogą to być czynniki przyczyniające się do niedoborów specyficznych dla samochodów, które obserwujemy dzisiaj ”.

Było kilka znaków ostrzegawczych.„Widzieliśmy, jak zapotrzebowanie dostawców półprzewodników dla przemysłu motoryzacyjnego zaczęło się wahać na początku drugiego kwartału 2020 roku.Dopiero na początku czwartego kwartału 2020 r. Popyt na dostawców półprzewodników samochodowych zaczął wracać do bardziej typowego poziomu ”- powiedział Ng.„Jako ogólny trend obserwujemy znaczny wzrost w elektronice samochodowej, która obejmuje gamę technologii procesowych od dyskretnych urządzeń MOSFET 0,35 mikrona do produktów ADAS 28nm / 22nm i wszystko pomiędzy, takie jak sterowanie nadwoziem i podwoziem, systemy informacyjno-rozrywkowe i WiFi.Oczekujemy, że zawartość półprzewodników w branży motoryzacyjnej będzie nadal rosła w dającej się przewidzieć przyszłości ”.

Wszystkie te rynki napędzały popyt na pojemność i rodzaje opakowań.Jednym ze sposobów ilościowego określenia mocy produkcyjnych jest przyjrzenie się wskaźnikom wykorzystania fabryk.

ASE, największy na świecie OSAT, odnotował wzrost ogólnego wskaźnika wykorzystania fabryki z 75% do 80% w pierwszym kwartale 2020 roku, do około 85% w drugim kwartale ubiegłego roku.W trzecim i czwartym kwartale wskaźniki wykorzystania opakowań ASE wynosiły znacznie ponad 80%.

W pierwszej połowie 2021 r. Ogólny popyt na pojemność opakowań pozostaje duży, przy czym w niektórych segmentach obserwuje się niewielką podaż.„Widzimy ograniczone możliwości produkcyjne w większości przypadków” - powiedział Prasad Dhond, wiceprezes firmy Amkor ds. Produktów BGA do wiązań drutowych.„Większość rynków końcowych, z wyjątkiem motoryzacyjnych, pozostawała mocna przez cały 2020 rok. W 2021 roku nadal widzimy siłę na tych rynkach, a motoryzacja również odżyła.Tak więc automatyczne odbicie z pewnością zwiększa ograniczenia wydajności ”.

Inni, w tym dostawcy opakowań na lądzie, również widzą zwiększony popyt.„Wydaje się, że pojemność opakowań w Stanach Zjednoczonych utrzymuje się na stałym poziomie” - powiedziała Rosie Medina, wiceprezes ds. Sprzedaży i marketingu w firmie Quik-Pak.„Wszyscy robią, co w ich mocy, aby zarządzać zwiększonym popytem”.

Brakujące wiązanie drutowe, ramy prowadzące
Na rynku istnieje wiele różnych typów pakietów układów scalonych, z których każdy jest przeznaczony do innego zastosowania.

Jednym ze sposobów segmentacji rynku opakowań jest typ połączenia międzysieciowego, który obejmuje połączenia drutowe, chipy typu flip-chip, opakowania na poziomie płytki (WLP) i przelotki silikonowe (TSV).Interkonekty służą do łączenia jednej matrycy z drugą w pakietach.TSV mają najwyższe liczby we / wy, a następnie WLP, flip-chip i wirebond.

Według TechSearch, około 75% do 80% dzisiejszych opakowań opiera się na łączeniu drutów.Opracowany w latach 50-tych XX wieku łącznik drutowy łączy jeden chip z innym chipem lub podłożem za pomocą cienkich drutów.Łączenie drutów było stosowane głównie w tanich starszych pakietach, pakietach średniotonowych i układaniu matryc pamięci.

Popyt na zdolności produkcyjne wiązań drutowych był słaby w pierwszej połowie 2020 r., Ale gwałtownie wzrósł w trzecim kwartale 2020 r., Powodując zmniejszenie zdolności produkcyjnych.W tamtym czasie ASE stwierdziło, że zdolności w zakresie wiązań drutowych pozostaną ograniczone co najmniej do drugiej połowy 2021 r.

Na rynku wiązań drutowych pojawiły się również inne trendy.„Liczba ułożonych w stosy matryc, które wykonujemy, jest większa niż wcześniej” - powiedział Wu z ASE podczas telekonferencji w trzecim kwartale 2020 r. „Więc w tym konkretnym cyklu nie chodzi tylko o wielkość.To także liczba matryc, liczba drutów, a także złożoność ”.

Jak dotąd, w 2021 r., Zdolności produkcyjne wiązań drutowych są ograniczone z powodu boomu na rynkach motoryzacyjnych i innych.Coraz trudniej jest również zdobyć wystarczającą ilość klejów do drutu, aby zaspokoić popyt.

„Pojemność pozostaje ograniczona”, powiedział Wu z ASE podczas niedawnej telekonferencji.„Ostatnim razem skomentowałem, że niedobór wiązań drutowych będzie wynosił co najmniej do drugiego kwartału tego roku.W tej chwili nieznacznie dostosowujemy nasz widok.Uważamy, że niedobór wiązań drutowych będzie występował przez cały 2021 rok ”.

Na początku 2020 r. Stosunkowo łatwo było zdobyć oklejarki drutowe.Wraz ze wzrostem popytu pod koniec 2020 r. Czas realizacji narzędzi do klejenia drutu wydłużył się do sześciu do ośmiu miesięcy.„W tej chwili czas dostawy maszyn wynosi od sześciu do dziewięciu miesięcy” - powiedział Wu.

Wirebonders są używane do produkcji kilku typów opakowań, takich jak poczwórne płaskie bez przewodów (QFN), poczwórne płaskie paczki (QFP) i wiele innych.

QFN i QFP należą do grupy typów opakowań Leadframe.Ołowiana rama, krytyczny komponent dla tych opakowań, to w zasadzie metalowa rama.W procesie produkcyjnym do ramy mocowana jest matryca.Wyprowadzenia są połączone z matrycą za pomocą cienkich drutów.

Rys. 1: Pakiet QFN.

Rys. 2: Widok z boku QFN.

„Zwykle QFN są łączone przewodowo, chociaż można je również zaprojektować jako flip chip” - powiedział Medina z Quik-Pak.„Chociaż QFN typu flip chip mogą mieć mniejsze rozmiary / rozmiary niż QFN łączone drutem, są one nieco droższe w budowie, ponieważ matryca wymaga uderzenia.Wielu klientów wybierze QFN ze względu na ich mały rozmiar i opłacalność.Tradycyjne formaty overmolded QFN są ekonomiczną opcją dla wielu zastosowań.Rozmiary niestandardowe można również uznać za ekonomiczne, gdy standardowy rozmiar JEDEC nie ma zastosowania, na przykład nasze otwarte opakowania plastikowe formowane (OmPP).Są dostępne w różnych formatach JEDEC i niestandardowych konfiguracjach ”.

Pakiety Leadframe są używane do układów scalonych na rynkach analogowych, RF i innych.„Widzimy większy niż kiedykolwiek popyt na pakiety QFN” - powiedziała Medina.„Są używane na wielu rynkach końcowych, takich jak medycyna, handel i lotnictwo wojskowe.Komputery kieszonkowe, urządzenia do noszenia i tablice z wieloma komponentami to główne zastosowania ”.

Jednak podczas cykli boomu wyzwaniem jest uzyskanie odpowiedniej podaży szkieletów ołowianych od dostawców zewnętrznych.Segment ramy wiodącej jest segmentem o niskiej marży, który przeszedł falę konsolidacji.Niektórzy dostawcy wycofali się z działalności.

Obecnie popyt na pakiety QFN jest duży, co stwarza zapotrzebowanie na więcej ramek prowadzących.Podczas gdy niektóre zakłady zajmujące się pakowaniem są w stanie zabezpieczyć wystarczającą liczbę ram prowadzących, inne dostrzegają niedobór.

„Podaż Leadframe jest niewielka” - powiedział Dhond z Amkor.„Moce dostawców nie są w stanie nadążyć za popytem.Wzrost cen metali szlachetnych ma również wpływ na ceny ramy ołowianej ”.

Zaawansowane opakowanie, problemy z podłożem
Popyt jest również wysoki w przypadku wielu zaawansowanych typów pakietów, zwłaszcza układów typu flip-chip ball grid array (BGA) i flip-chip-chip-scale (CSP).Wolumeny rosną również w przypadku 2.5D / 3D, fan-out i system-in-package (SiP).

Flip-chip to proces używany do tworzenia układów BGA i innych pakietów.W procesie flip-chip na wierzchu chipa formowane są miedziane wypukłości lub filary.Urządzenie jest odwracane i montowane na oddzielnej matrycy lub tablicy.Guzki lądują na miedzianych podkładkach, tworząc połączenia elektryczne.

Rys. 3: Widok z boku mocowania typu flip-chip

Według Yole Développement, napędzany przez motoryzację, komputery, notebooki i inne produkty, oczekuje się, że rynek opakowań typu flip-chip BGA wzrośnie z 10 miliardów dolarów w 2020 roku do 12 miliardów dolarów w 2025 roku.

„Ogólna zdolność produkcyjna chipów typu flip-chip będzie nadal osiągać wysokie wykorzystanie w 2021 r., A czas dostawy sprzętu przekroczy dwukrotnie poziom, z którym zwykle się spotykamy” - powiedział Roger St. Amand, wiceprezes Amkor.„Na podstawie dostępnych prognoz spodziewamy się, że ten trend utrzyma się do 2021 r. I do 2022 r., Napędzany wyższym popytem w segmentach rynku komunikacyjnego, komputerowego i motoryzacyjnego.Ogólnie rzecz biorąc, obserwujemy ten trend we wszystkich technologiach opakowań typu flip-chip ”.

Tymczasem pakiety fan-out i fan-in są oparte na technologii zwanej WLP.W jednym przykładzie fan-out, kostka pamięci jest ułożona na chipie logicznym w pakiecie.Wentylatory, czasami nazywane CSP, są używane do układów scalonych zarządzania energią i chipów RF.Według Yole prognozuje się, że łącznie rynek WLP wzrośnie z 3,3 mld USD w 2019 r. Do 5,5 mld USD do 2025 r.

Pakiety 2.5D / 3D są używane w wysokiej klasy serwerach i innych produktach.W 2.5D matryce są układane w stos lub umieszczane obok siebie na górze interposera, który zawiera TSV.

Tymczasem SiP to niestandardowy pakiet, który składa się z funkcjonalnego podsystemu elektronicznego.„Widzimy szeroką gamę nowych projektów SiP, które obejmują fotonikę optyczną, dźwiękową i krzemową, a także wiele urządzeń brzegowych dla smartfonów” - powiedział Wu z ASE.

Wiele z tych zaawansowanych typów opakowań wykorzystuje podłoże laminowane, którego brakuje.Inne opakowania nie wymagają podłoża.To zależy od aplikacji.

Podłoże służy jako podstawa w pakiecie i łączy układ scalony z płytką w systemie.Podłoże składa się z wielu warstw, z których każda zawiera ślady metalu i przelotki.Te warstwy routingu zapewniają połączenia elektryczne od chipa do płytki.

Podłoża laminowane są produktami dwustronnymi lub wielowarstwowymi.Niektóre opakowania mają dwie dwustronne warstwy, podczas gdy bardziej złożone produkty mają od 18 do 20 warstw.Podłoża laminowane są oparte na różnych zestawach materiałów, takich jak materiały do ​​nakładania Ajinomoto (ABF) i żywica BT.

Generalnie w łańcuchu dostaw firmy zajmujące się pakowaniem kupują substraty od różnych dostawców zewnętrznych, takich jak Ibiden, Kinsus, Shinko, Unimicron i inni.

Problemy zaczęły się pojawiać w zeszłym roku, kiedy wzrósł popyt na podłoża laminowane, powodując ograniczoną podaż tych produktów.Problemy nasiliły się pod koniec ubiegłego roku, kiedy w fabryce należącej do tajwańskiego Unimicronu wybuchł pożar.Unimicron przeniósł produkcję do innych zakładów, ale niektórzy klienci nadal nie byli w stanie uzyskać wystarczającej ilości substratów, aby zaspokoić popyt.

Kolejny pożar wybuchł w tej samej fabryce Unimicron w ostatnich tygodniach, kiedy robotnicy sprzątali fabrykę.W tym czasie zakład nie był jednak w produkcji.

Stały popyt, w połączeniu z różnymi przeszkodami w łańcuchu dostaw, znacznie pogarszają sytuację substratów w 2021 r. W niektórych przypadkach ceny substratów rosną wraz z wydłużeniem czasu realizacji.

„Podobnie jak w przypadku sprzętu, obserwujemy znaczne wydłużenie czasu dostawy substratów typu flip-chip” - powiedział Amkor's St. Amand.„W niektórych przypadkach czas realizacji substratu wydłuża się ponad czterokrotnie w stosunku do typowego dla branży.Tendencja ta wynika głównie z utrzymującego się wyższego popytu na substraty ABF o dużej masie i dużej liczbie warstw, które są pojedynczo stosowane w sektorze komputerowym.Dodatkowo obserwujemy silne ożywienie w branży motoryzacyjnej, która w niektórych przypadkach bezpośrednio konkuruje ze wspomnianym już popytem na substraty obliczeniowe wyższej klasy.Obserwujemy również zwiększony popyt na podłoża PPG na bazie pasków, stosowane w produktach do mniejszych karoserii w branży komunikacyjnej, konsumenckiej i motoryzacyjnej ”.

W międzyczasie branża pracuje nad rozwiązaniami, które pozwolą rozwiązać problem, ale te podejścia mogą okazać się niewystarczające.„Twierdzę, że model biznesowy dla substratów pakietów IC jest w zasadzie zepsuty” - powiedział Vardaman z TechSearch.„Musimy mieć jakieś nowe podejście do tych relacji biznesowych, aby zagwarantować dostawy.Praktycznie pokonaliśmy tych kiepskich dostawców substratu cenami.Nie byli w stanie utrzymać swoich marż.To nie jest zdrowa sytuacja ”.

Nie ma tu szybkiego rozwiązania.Dostawcy substratów mogliby po prostu podnieść ceny swoich produktów, aby zwiększyć swoje marże, ale to nie rozwiązuje problemów z mocą produkcyjną.

Innym możliwym rozwiązaniem jest zwiększenie przez dostawców substratów zdolności produkcyjnej w celu zaspokojenia popytu.Ale wielkoskalowa, zaawansowana linia do produkcji substratów kosztuje około 300 milionów dolarów.

„Poziom potrzebnych inwestycji nie jest czymś, co te firmy produkujące substraty nie są w stanie zrobić, jeśli nie sądzą, że zdolność zostanie wykorzystana w ciągu dwóch lub trzech lat” - powiedział Vardaman.„Muszą uzyskać zwrot z inwestycji, a będzie to bardzo trudne, jeśli sądzą, że nastąpi spadek popytu.A co się dzieje, gdy inwestują w zbyt duże moce produkcyjne, a potem ceny spadają?Nie mogą sprawić, że powrócą, a ich marże ucierpią.Więc to naprawdę trudna sytuacja.Powiedziałbym, że z tego powodu jesteśmy w naprawdę złej sytuacji w naszej branży ”.

Tańszą opcją jest po prostu zwiększenie plonów na istniejącej linii substratów, umożliwiając uzyskanie bardziej użytecznych produktów.Jednak sprzedawcy musieliby więcej inwestować w nowy i drogi sprzęt metrologiczny.

Firmy zajmujące się pakowaniem również szukają różnych rozwiązań.Najbardziej oczywistym jest kupowanie substratów od różnych dostawców.Jednak według Vardamana zakwalifikowanie nowego dostawcy substratu zajmuje 25 tygodni lub 250 000 USD.

Alternatywnie, zakłady pakujące mogą opracować i sprzedać więcej opakowań IC bez substratu.Jednak wiele systemów wymaga opakowań z podłożami, które w niektórych przypadkach są bardziej wytrzymałe i niezawodne.

Sytuacja nie jest beznadziejna.Firmy pakujące muszą ściślej współpracować ze swoimi dostawcami.„Pracujemy z naszymi klientami, aby uzyskać długoterminowe prognozy dotyczące zamawiania materiałów” - powiedział Dhond z Amkor.„Kwalifikujemy drugie źródła, aby zapewnić dostawy tam, gdzie jest to stosowne”.

Stwarza to również nowe możliwości.Firma Quik-Pak w zeszłym roku przedstawiła usługę projektowania, produkcji i montażu podłoża.W ramach tej usługi firma obsługuje różne typy podłoży opakowaniowych.„Zdecydowanie widzimy zwiększony popyt na nasze usługi rozwoju podłoża, dzięki którym tworzymy gotowe rozwiązania dla zespołów opartych na podłożu, aby sprostać wymaganiom naszych klientów w zakresie opakowań” - powiedział Medina z Quik-Pak.„Nasza zdolność do łączenia żądań klientów oraz wykorzystywania ceny i czasu realizacji w celu wybrania odpowiednich partnerów produkcyjnych ma kluczowe znaczenie dla utrzymania dostaw substratów w rozsądnych harmonogramach dostaw.Sprzedawcy ze Stanów mogą skrócić czas realizacji o ponad 50%. ”

Wniosek
Oczywiście popyt na opakowania gwałtownie wzrósł, ale branża musi wzmocnić łańcuch dostaw.W przeciwnym razie dostawcy opakowań będą mieli więcej opóźnień, jeśli nie stracą możliwości.

Wadą jest to, że wszystko to będzie wymagało więcej inwestycji, a konsolidacja bazy dostawców w niektórych segmentach może być konieczna, aby osiągnąć określoną skalę.Ale otwiera również drzwi do nowych i bardziej innowacyjnych podejść, które będą niezbędne, aby to zadziałało. (Mark LaPedus)