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Un impulso nella richiesta dei chip sta urtando la catena di fornitura d'imballaggio di IC, causante le scarsità di capacità di produzione scelta, i vari tipi del pacchetto, le componenti chiavi e le attrezzature.

Le scarsità del punto nell'imballaggio sono sorto alla fine del 2020 e da allora si sono sparse ad altri settori. Ci ora sono vari punti di bobina d'arresto nella catena di fornitura. Wirebond e la capacità del vibrazione-chip rimarranno strettamente durante 2021, con una serie di tipi differenti del pacchetto. Inoltre, le componenti critiche utilizzate nei pacchetti di IC, cioè leadframes e substrati, scarseggiano. I fuochi recenti ad una fabbrica d'imballaggio del substrato in Taiwan ha fatto i problemi peggio. Sopra quello, i wirebonders ed altre attrezzature stanno vedendo i termini di consegna estesi.

Generalmente, la dinamica nell'imballaggio per riflettere l'immagine di domanda globale nell'affare a semiconduttore. Avviandosi del 2020, il server ed i mercati del taccuino hanno guadagnato il vapore, creante la richiesta enorme dei chip differenti ed i pacchetti per quei mercati. Inoltre, un rimbalzo improvviso nel settore automobilistico ha girato il mercato sottosopra, causando le scarsità diffuse per i chip e la capacità della fonderia.

Le scarsità nel semiconduttore ed i mercati d'imballaggio non sono nuovi e non si presentano durante dai i cicli guidati da richiesta nell'industria di IC. Che cosa è differente è l'industria infine sta cominciando a riconoscere l'importanza dell'imballaggio. Ma la fragilità in alcune parti della catena di fornitura d'imballaggio, specialmente substrati, ha preso molto impreparato.

I vincoli della catena di fornitura già stanno causando alcuni ritardi della spedizione, ma è poco chiaro se i problemi persisteranno. Inutile per dire, c'è una necessità urgente puntellare la catena di fornitura d'imballaggio. Per una cosa, imballare sta svolgendo un più grande ruolo attraverso l'intera industria. Gli OEM vogliono i più piccoli e chip più veloci, che richiedono i nuovi e migliori pacchetti di IC con la buona prestazione elettrica.

Allo stesso tempo, l'imballaggio avanzato sta trasformandosi in in un opzione più realizzabile per elaborare le nuove progettazioni di chip a livello di sistema. I benefici della prestazione e di potere di rappresentazione in scala del chip stanno diminuendo ad ogni nuovo nodo ed il costo per transistor è stato sull'aumento dall'introduzione dei finFETs. Così mentre riportare in scala rimane un'opzione per le nuove progettazioni, l'industria sta cercando le alternative e mettere i chip eterogenei multipli in un pacchetto avanzato è una soluzione.

«La gente ha reso conto l'importanza dell'imballaggio,» ha detto Jan Vardaman, presidente dell'internazionale di TechSearch. «Ha elevato alle discussioni ai livelli corporativi alle società ed alle società a semiconduttore. Ma siamo ad una giuntura nella nostra industria dove non possiamo rispondere semplicemente all'esigenza senza nostra catena di fornitura che è in una buona posizione.»

Per aiutare l'industria per guadagnare alcune comprensioni nel mercato, l'ingegneria a semiconduttore ha dato un'occhiata alla dinamica corrente nell'imballaggio come pure nella catena di fornitura, compreso la capacità, i pacchetti e le componenti.

Chip/asta d'imballaggio
È stato un giro delle montagne russe nell'industria a semiconduttore. All'inizio del 2020, l'affare è sembrato luminoso, ma il mercato di IC caduto in mezzo dello scoppio pandemico Covid-19.

In tutto 2020 paesi differenti ha implementato una serie di misure per attenuare lo scoppio, quali gli ordini casalinghi e le chiusure di affari. L'agitazione e le perdite del posto di lavoro economiche presto sono seguito.

Ma da ora alla metà del 2020, il mercato di IC si è ripreso, poichè l'economia casalinga ha determinato la richiesta dei computer, delle compresse e delle TV. Nel 2020, l'industria di IC si è conclusa su un'alta nota, mentre le vendite del chip hanno coltivato 8% oltre 2019, secondo la ricerca di VLSI.

Quello slancio ha rinviato nella prima parte di 2021. Nel totale, il mercato a semiconduttore è proiettato per svilupparsi nel 2021 da 11%, secondo la ricerca di VLSI.

«Stiamo vedendo la richiesta enorme, dovuto IoT, dispositivi del bordo e dispositivi astuti permessi a da 5G,» ha detto Tien Wu, direttore operativo a ASE, in una teleconferenza recente. «Con il computer a alto rendimento, la nuvola, il commercio elettronico come pure la latenza bassa 5G e gli alti tassi di dati, stiamo vedendo le più applicazioni per i dispositivi astuti, i veicoli elettrici e tutte applicazioni di IoT.»

L'anno scorso, il mercato automobilistico era lento. Recentemente, le società automobilistiche hanno visto la richiesta rinnovata, ma ora affrontano un'ondata di scarsità del chip. In alcuni casi, i fabbricanti automobilistici sono stati forzati temporaneamente alle piante scelte dell'otturatore.

I venditori di IC con i fabs come pure le fonderie, non possono rispondere all'esigenza nei mercati automobilistici ed altri. «Per la maggior parte del calendario 2020, fabs stavano correndo ai gradi di utilizzazione molto alti — sia fabs di 300mm che di 200mm — attraverso appena circa tutte le tecnologie,» ha detto Walter Ng, vice presidente di sviluppo di affari a UMC. «Il segmento automobilistico in nessun caso sta scegliendo in tutti i modi, come tutti i segmenti e le applicazioni sembrano dirigersi con il rifornimento stretto. Molte fabbriche automobilistiche hanno avute arresti dell'impianto durante la seconda metà dell'anno scorso dovuto COVID. Abbiamo osservato che molti fornitori automobilistici a semiconduttore si è ridotto o smesso ordinare durante questi periodi. Se considerate questo, accoppiato con le pratiche magre dell'inventario dell'industria automobilistica, queste possono contribuire i fattori alle scarsità che specifiche automatiche stiamo vedendo oggi.»

C'erano alcuni segnali di pericolo. «Abbiamo visto che le richieste dei fornitori automobilistici a semiconduttore cominciano ad oscillare intorno a Q2 iniziale “20. Non era fino a Q4 intorno iniziale” 20 che abbiamo visto che la richiesta automatica del fornitore a semiconduttore comincia a ritornare ai livelli più tipici della domanda,» Ng ha detto. «Come tendenza generale, vediamo una buona quantità di crescita nell'elettronica automobilistica, che riguarda nel fratempo la gamma delle tecnologie della trasformazione dai dispositivi discreti del MOSFET da 0,35 micron ai prodotti e tutto di 28nm/22nm ADAS, quali controllo del telaio e del corpo, il infotainment e WiFi. Invitare il contenuto a semiconduttore affinchè automobilistico continuiamo a crescere per il futuro prevedibile.»

Tutti questi mercati hanno rifornito la domanda di combustibile dei tipi d'imballaggio di imballaggio e della capacità. Un modo quantificare la capacità è esaminando i gradi di utilizzazione della fabbrica.

ASE, il più grande OSAT del mondo, ha visto che i suoi gradi di utilizzazione globali della fabbrica aumentano 75% - 80% nel primo trimestre di 2020, a circa 85% nel secondo trimestre dell'anno scorso. Dai terzi e quarti trimestri, i gradi di utilizzazione d'imballaggio di ASE erano bene più di 80%.

Nella prima parte di 2021, la domanda globale della capacità d'imballaggio rimane forte con rifornimento stretto visto in alcuni segmenti. «Stiamo vedendo strettamente la capacità praticamente generale,» ha detto Prasad Dhond, vice presidente dei prodotti del wirebond BGA a Amkor. «La maggior parte dei fine-mercati, eccetto automobilistico, sono rimanere forti durante 2020. Nel 2021, stiamo continuando a vedere la forza in quei mercati ed automobilistico ha recuperato, pure. Così il rimbalzo automatico certamente sta aggiungendo ai vincoli di capacità.»

Altri, compreso i venditori d'imballaggio terrestri, inoltre stanno vedendo la richiesta aumentata. «La capacità d'imballaggio Stateside sembra tenere con calma,» ha detto Rosie Medina, vice presidente delle vendite e dell'introduzione sul mercato aQuik-Pak. «Ognuno sta facendo che cosa possono dirigere la richiesta aumentata.»

Wirebond, scarsità del leadframe
Un gran numero di tipi differenti del pacchetto di IC esiste nel mercato, ciascuno mirato a per un'applicazione differente.

Un modo segmentare il mercato d'imballaggio è dal tipo di interconnessione, che include il wirebond, il vibrazione-chip, dell'l'imballaggio livello del wafer (WLP) e i vias del attraverso-silicio (TSVs). Interconnects è usato per collegare un dado ad un altro in pacchetti. TSVs ha gli più alti conteggi dell'ingresso/uscita, seguiti da WLP, dal vibrazione-chip e dal wirebond.

Circa i 75% - 80% di odierni pacchetti sono basati su legame del cavo, secondo TechSearch. Sviluppato indietro negli anni 50, un bonder del cavo cuce un chip ad un altro chip o il substrato facendo uso dei cavi minuscoli. Il legame del cavo pricipalmente è stato usato per i pacchetti a basso costo dell'eredità, pacchetti di media scadenza e la memoria muore impilare.

La richiesta della capacità del wirebond era lenta nella prima metà di 2020, ma ha chiodato nel terzo trimestre di 2020, causante la capacità del wirebond di stringere. Quando, ASE ha detto che la capacità del wirebond rimarrebbe strettamente almeno fino alla seconda metà di 2021.

Altre tendenze inoltre sono emerso nel mercato del wirebond. «Il numero dei dadi impilati che stiamo facendo siamo più di prima,» ASE con voi hanno detto in una teleconferenza nel terzo trimestre di 2020. «Così in questo ciclo particolare, non è appena il volume. È inoltre il numero dei dadi, il numero dei cavi come pure la complessità.»

Finora nel 2021, la capacità del wirebond è costretto dovuto un'asta in mercati automobilistici ed altri. Inoltre sta diventando più difficile da ottenere abbastanza wirebonders per rispondere all'esigenza.

«La capacità rimane stretta,» ASE con voi hanno detto in una teleconferenza recente. «L'ultima volta, ho formulato un'osservazione che la scarsità del wirebond sarà almeno a Q2 di questo anno. Ora, leggermente stiamo regolando il nostro punto di vista. Crediamo che la scarsità del wirebond abbia luogo durante l'intero anno di 2021.»

All'inizio del 2020, era relativamente facile da ottenere i wirebonders. Mentre la richiesta ha preso alla fine del 2020, i termini d'esecuzione dello strumento del wirebonder hanno estendere a sei - otto mesi. «Ora, i termini di consegna della macchina ha luogo più simile a sei - nove mesi,» con voi ha detto.

Wirebonders è usato per fare parecchi tipi del pacchetto, come i NO--cavi quadrato-piani (QFN), il flat pack del quadrato (QFP) e molti altri.

QFN e QFP appartengono nel gruppo del leadframe di tipi del pacchetto. Un leadframe, una componente critica per questi pacchetti, è basicamente una struttura del metallo. Nel processo di produzione, un dado è attaccato alla struttura. I cavi sono collegati al dado usando i cavi sottili.

Fig. 1: Pacchetto di QFN.

Fig. 2: Vista laterale di QFN.

«Tipicamente, QFNs è il Medina, sebbene possiate anche progettarli per il chip di vibrazione,» di Quik-Pak wirebonded ha detto. «Mentre il chip di vibrazione QFNs può venire nelle più piccole dimensioni/orme di quanto QFNs wirebonded, sono un po'più costosi costruire perché il dado deve essere urtato. Molti clienti sceglieranno QFNs per la loro piccola dimensione e la loro redditività. I formati overmolded tradizionali di QFN sono un'opzione economica per molte applicazioni. Le dimensioni su ordinazione possono anche essere considerate economiche quando una dimensione standard di JEDEC non è applicabile, quali i nostri pacchetti di plastica Aperto modellati (OmPPs). Questi vengono in vari formati di JEDEC e configurazioni su ordinazione.»

I pacchetti di Leadframe sono utilizzati per i chip nell'analogo, nella rf ed in altri mercati. «Vediamo forte-che-mai la domanda dei pacchetti di QFN,» Medina ha detto. «Sono utilizzati in molti mercati dell'estremità, come medico, commerciale e mil/aereo. Handhelds, i wearables ed i bordi con molte componenti sono le applicazioni principali.»

Durante i cicli dell'asta, sebbene, la sfida sia di ottenere un rifornimento adeguato dei leadframes dai fornitori di terzi. L'affare del leadframe è un segmento con un piccolo margine che ha subito un'ondata di consolidamento. Alcuni fornitori hanno uscito l'affare.

Oggi, la richiesta è robusta per i pacchetti di QFN, che crea l'esigenza di più leadframes. Mentre alcune case d'imballaggio possono assicurare abbastanza leadframes, altre vedono un deficit.

«Il rifornimento di Leadframe è stretto,» il Dhond di Amkor ha detto. «La capacità del fornitore non può continuare con la richiesta. Gli aumenti dei prezzi del metallo prezioso inoltre stanno urtando i prezzi del leadframe.»

Imballaggio avanzato, noia del substrato
La richiesta è inoltre robusta per molti tipi avanzati del pacchetto, particolarmente matrice di griglia della palla del vibrazione-chip (BGA) ed i pacchetti della chip-scala del vibrazione-chip (CSPs). I volumi inoltre stanno aumentando per 2.5D/3D, uscita ed il sistema-in-pacchetto (sorsata).

il Vibrazione-chip è un processo usato per sviluppare BGAs ed altri pacchetti. Nel processo del vibrazione-chip, gli urti o le colonne di rame sono formati sopra un chip. Il dispositivo è lanciato e montato su un separato muoia o imbarchi. Gli urti atterrano sui cuscinetti di rame, formanti i collegamenti elettrici.

Fig. 3: Laterale vista un montaggio del vibrazione-chip

Guidato da automobilistico, computare, taccuini ed altri prodotti, il mercato d'imballaggio del vibrazione-chip BGA si pensa che si sviluppi da $10 miliardo nel 2020 a $12 miliardo da ora al 2025, secondo Yole Développement.

«La capacità globale per i prodotti del vibrazione-chip continuerà a funzionare ad alta utilizzazione nel 2021, con i termini d'esecuzione dell'attrezzatura che eliminano a maggior di 2X che cosa sperimentiamo tipicamente,» ha detto Roger St. Amand, vice presidente senior a Amkor. «Basato sulle previsioni disponibili, prevediamo questa tendenza continuare fino al 2021 e in 2022, guidato da più molto richiesto nelle comunicazioni, nella computazione e nei segmenti di mercato automobilistici. In generale, stiamo vedendo questa tendenza attraverso tutte le tecnologie del pacchetto del vibrazione-chip.»

Nel frattempo, i pacchetti di entrata e di uscita sono basati su una tecnologia chiamata WLP. In un esempio di uscita, una memoria muore è impilata su un chip di logica in un pacchetto. L'entrata, a volte chiamata CSPs, è usata per la gestione CI di potere ed i chip di rf. Nel totale, il mercato di WLP è proiettato per svilupparsi da ora al 2025 da $3,3 miliardo nel 2019 a $5,5 miliardo, secondo Yole.

I pacchetti 2.5D/3D sono utilizzati in server di qualità superiore ed in altri prodotti. In 2.5D, i dadi sono impilati parallelamente o disposti sopra un'interposizione, che incorpora TSVs.

Nel frattempo, una sorsata è un pacchetto su ordinazione, che consiste di un sottosistema elettronico funzionale. «Stiamo vedendo un'ampia varietà di nuovi progetti della sorsata che copre ottico, audio e di fotonica del silicio come pure molti dispositivi del bordo dello smartphone,» ASE con voi hanno detto.

Molti di questi tipi avanzati del pacchetto usano un substrato laminato, che scarseggiano. Altri pacchetti non richiedono un substrato. Ciò dipende dall'applicazione.

Un substrato serve da base su un pacchetto e collega il chip al bordo in un sistema. Un substrato consiste degli strati multipli, di cui ciascuno incorpora le tracce e i vias del metallo. Questi strati di guida forniscono i collegamenti elettrici dal chip al bordo.

I substrati laminati sono prodotti su due lati o a più strati. Alcuni pacchetti hanno due strati su due lati, mentre i prodotti più complessi hanno 18 - 20 strati. I substrati laminati sono basati sui vari insiemi materiali, quali i materiali e la BT-resina di accumulazione di Ajinomoto (ABF).

Generalmente, nella catena di fornitura, le case d'imballaggio comprano i substrati dai vari fornitori di terzi, come Ibiden, Kinsus, Shinko, Unimicron ed altri.

I problemi hanno cominciato a sorgere l'anno scorso quando la richiesta si è sollevata per i substrati laminati, causando il rifornimento stretto per questi prodotti. Le edizioni hanno intensificato tardi l'anno scorso, quando un fuoco ha scoppiato in una fabbrica di proprietà dal Unimicron di Taiwan. Unimicron ha trasferito la produzione ad altre facilità, ma alcuni clienti non potevano ancora ottenere abbastanza substrati per rispondere all'esigenza.

Un altro fuoco ha scoppiato nella stessa pianta di Unimicron nelle ultime settimane, quando i lavoratori stavano pulendo la fabbrica. Quando, sebbene, la pianta non sia nella produzione.

La richiesta in corso, accoppiata con le varie smagliature nella catena di fornitura, sta facendo molto peggio nel 2021 la situazione del substrato. In alcuni casi, i prezzi per i substrati stanno aumentando con i termini d'esecuzione estesi.

«Simile a cui stiamo sperimentando per attrezzatura, stiamo vedendo i considerevoli aumenti nei termini d'esecuzione del substrato del vibrazione-chip,» la st Amand di Amkor ha detto. «In alcuni casi, i termini d'esecuzione del substrato stanno aumentando a maggior di 4X che cosa è visto tipicamente nell'industria. Questa tendenza sta determinanda pricipalmente dal più molto richiesto continuo per il grande ente ed il conteggio di alto-strato singulated i substrati di ABF per il settore di calcolo. Ulteriormente, stiamo vedendo un forte recupero dell'industria automobilistica, che sta competendo in alcuni casi direttamente alla richiesta suddetta per i substrati di calcolo più di qualità superiore. Inoltre stiamo vedendo la domanda aumentata ai dei substrati basati a striscia di PPG utilizzati per i prodotti del piccolo-corpo nelle comunicazioni, nel consumatore e nei segmenti automobilistici.»

Nel frattempo, l'industria sta lavorando alle soluzioni per risolvere il problema, ma questi approcci possono essere a corto. «Discuterei che il modello aziendale per i substrati del pacchetto di IC è basicamente rotto,» il Vardaman di TechSearch ho detto. «Dobbiamo avere certo genere di nuovo approccio a queste relazioni di affari per garantire il rifornimento. Abbiamo battiamo questi fornitori poveri del substrato praticamente alla morte sulla valutazione. Non hanno potuti mantenere i loro margini. Non è una situazione sana.»

Non c'è soluzione rapida qui. I fornitori del substrato potrebbero aumentare semplicemente i loro prezzi del prodotto per amplificare i loro margini, ma questo non risolve i problemi della capacità.

Un'altra soluzione possibile è affinchè i venditori del substrato sviluppi più capacità di produzione di rispondere all'esigenza. Ma una linea di produzione avanzata su grande scala del substrato costa circa $300 milioni.

«Il livello di investimento stato necessario non è qualcosa queste società del substrato stiano bene facendo se non pensano che la capacità sia utilizzata entro due o tre anni,» Vardaman abbiano detto. «Devono ottenere un ritorno sul loro investimento e sta andando essere molto difficile da fare se pensano che stia andando essere una diminuzione nella richiesta. E che cosa accade quando investono in troppa capacità che, quindi i prezzi cadono? Non possono fare il loro ritorno ed i loro margini soffrono. Così è una situazione realmente dura. Direi che siamo in una situazione realmente cattiva nella nostra industria a causa di questo.»

Un'opzione meno costosa è di amplificare semplicemente i rendimenti su una linea attuale del substrato, permettendo a più prodotti utilizzabili. Ma i venditori dovrebbero investire più in nuova ed attrezzatura costosa della metrologia.

Le case d'imballaggio inoltre stanno esaminando le soluzioni differenti. Più ovvio quello è di ottenere i substrati dai venditori differenti. Ma prende 25 settimane o $250.000 per qualificare un nuovo venditore del substrato, secondo Vardaman.

Alternativamente, le case d'imballaggio possono sviluppare e vendere i pacchetti più senza substrato di IC. Ma molti sistemi richiedono i pacchetti con i substrati, che sono in alcuni casi più robusti ed affidabili.

La situazione non è disperata. Le case d'imballaggio devono lavorare più molto attentamente con i loro fornitori. «Stiamo lavorando con i nostri clienti per convincere le previsioni più a lungo termine per ordinare i materiali,» il Dhond di Amkor ha detto. «Stiamo qualificando le seconde fonti per assicurare il rifornimento se del caso.»

Ciò crea alcune nuove opportunità, pure. Quik-Pak l'anno scorso ha rivelato una progettazione del substrato, un montaggio e un servizio dell'assemblea. Con questo servizio, la società sostiene i vari tipi dei substrati del pacchetto. «Definitivamente stiamo vedendo la domanda aumentata dei nostri servizi dello sviluppo del substrato, con cui creiamo le soluzioni chiavi in mano affinchè ad assemblee basate a substrato accomodiamo i requisiti d'imballaggio dei nostri clienti,» il Medina di Quik-Pak abbiamo detto. «La nostra capacità di riunire insieme le richieste del cliente e di fare leva il prezzo ed il termine d'esecuzione selezionare i partner favolosi giusti è determinante per la conservazione del rifornimento dei substrati all'interno dei programmi di consegna ragionevoli. I venditori Stateside possono accorciare il termine d'esecuzione da più di 50%.»

Conclusione
Chiaramente, la richiesta dell'imballaggio è salito alle stelle, ma l'industria deve rinforzare la catena di fornitura. Altrimenti, i venditori d'imballaggio affronteranno più ritardi, se non occasioni perse.

Il lato negativo è che tutto il questo prenderà più investimento ed il consolidamento della base del venditore su determinati segmenti potrebbe essere necessario da raggiungere una determinata scala. Ma inoltre apre la porta ai nuovi e approcci più innovatori, che saranno essenziali per fare questo lavoro. (Mark LaPedus)