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Une montée subite dans la demande des puces effectue la chaîne d'approvisionnements de empaquetage d'IC, causant des pénuries de capacité de production choisie, de diverses composantes clés de type de paquet, et l'équipement.

Les pénuries de tache dans l'emballage ont apprêté fin 2020 et se sont depuis écartées à d'autres secteurs. Il y a maintenant un grand choix de goulets dans la chaîne d'approvisionnements. Wirebond et capacité de secousse-puce resteront fortement tout au long de 2021, avec un certain nombre de différents types de paquet. En outre, les composants critiques utilisés en paquets d'IC, à savoir leadframes et substrats, sont dans l'approvisionnement court. Les feux récents à une usine de empaquetage de substrat à Taïwan a rendu les problèmes plus mauvais. Sur cela, les wirebonders et tout autre équipement voient des délais d'exécution prolongés de la livraison.

Généralement, la dynamique dans l'empaquetage pour refléter l'image globale de demande dans les affaires de semi-conducteur. Démarrant mi-2020, le serveur et les marchés de carnet ont gagné la vapeur, créant la demande énorme de différentes puces et les paquets pour ces marchés. En outre, un rebond soudain dans le secteur des véhicules à moteur a tourné le marché à l'envers, entraînant les pénuries répandues pour des puces et la capacité de fonderie.

Les pénuries dans le semi-conducteur et les marchés de empaquetage ne sont pas nouveaux et ne se produisent pas pendant les cycles axés sur les besoins dans l'industrie d'IC. Ce qui est différent est l'industrie commence finalement à identifier l'importance de l'emballage. Mais la fragilité dans quelques parties de la chaîne d'approvisionnements de empaquetage, en particulier substrats, a attrapé beaucoup de garde basse.

Les contraintes de chaîne d'approvisionnements déjà entraînent quelques retards d'expédition, mais il est peu clair si les problèmes persisteront. Inutile de dire, il y a une nécessité pressante d'étayer la chaîne d'approvisionnements de empaquetage. Pour une chose, l'emballage joue un plus grand rôle à travers l'industrie entière. Les OEM veulent de plus petites et plus rapides puces, qui exigent de nouveaux et meilleurs paquets d'IC avec la bonne interprétation électrique.

En même temps, l'emballage avancé devient plus d'alternative viable d'élaborer de nouvelles conceptions de circuit intégré au niveau système. Les avantages de puissance et de représentation de la graduation de puce diminuent à chaque nouveau noeud, et le coût par transistor a été sur la hausse depuis l'introduction des finFETs. Ainsi tandis que le mesurage reste une option pour de nouvelles conceptions, l'industrie recherche des solutions de rechange, et la mise des puces hétérogènes multiples dans un paquet avancé est une solution.

Les « gens se sont rendus compte de l'importance de l'emballage, » a dit Jan Vardaman, président de TechSearch international. « Il a élevé aux discussions aux niveaux de l'entreprise aux sociétés et aux sociétés de semi-conducteur. Mais nous sommes à une jointure dans notre industrie où nous simplement ne pouvons pas satisfaire la demande sans notre chaîne d'approvisionnements étant en bonne position. »

Pour aider l'industrie pour gagner quelques analyses sur le marché, l'ingénierie de semi-conducteur a jeté un coup d'oeil à la dynamique actuelle dans l'emballage aussi bien que la chaîne d'approvisionnements, y compris la capacité, les paquets, et les composants.

Puce/boom de empaquetage
C'a été un tour de montagnes russes dans l'industrie de semi-conducteur. Début 2020, les affaires ont semblé lumineuses, mais le marché d'IC abandonné parmi la manifestation Covid-19 universelle.

Dans tous 2020 pays différents a mis en application un certain nombre de mesures d'atténuer la manifestation, telle que des ordres au foyer et des fermetures d'affaires. L'agitation et les pertes de travail économiques ont bientôt suivi.

Mais d'ici mi-2020, le marché d'IC a rebondi, car l'économie au foyer a conduit la demande des ordinateurs, des comprimés, et des TV. En 2020, l'industrie d'IC a fini sur une note élevée, pendant que les ventes de puce élevaient 8% plus de 2019, selon la recherche de VLSI.

Cet élan a reporté dans la première partie de 2021. Au total, le marché de semi-conducteur est projeté pour se développer de 11% en 2021, selon la recherche de VLSI.

« Nous voyons une demande énorme, due à IoT, dispositifs de bord, et les dispositifs intelligents permis par 5G, » a dit Tien Wu, Directeur des Opérations à ASE, dans une conférence téléphonique récente. « Avec l'ordinateur à haut rendement, le nuage, le commerce électronique, aussi bien que la basse latence 5G et les débits élevés, nous voyons plus d'applications pour les dispositifs intelligents, les véhicules électriques, et toutes les applications d'IoT. »

L'année dernière, le marché des véhicules à moteur était lent. Récemment, les sociétés des véhicules à moteur ont vu une demande remplacée, mais elles font face maintenant à une vague de pénuries de puce. Dans certains cas, des constructeurs automobiles ont été forcés temporairement aux usines choisies de volet.

Les vendeurs d'IC avec des fabs, aussi bien que les fonderies, ne peuvent pas satisfaire la demande sur les marchés des véhicules à moteur et autres. « Pour la majeure partie du calendrier 2020, fabs couraient aux taux d'utilisation très élevés — fabs de 200mm et de 300mm — à travers juste environ toutes les technologies, » a dit Walter Ng, vice-président de développement des affaires à UMC. « Le segment des véhicules à moteur nullement est choisi de quelque façon, en tant que tous les segments et les applications semblent fonctionner avec l'approvisionnement serré. Beaucoup d'usines des véhicules à moteur ont eu des fermetures d'usine pendant la deuxième moitié de l'année dernière due à COVID. Nous avons observé que beaucoup de fournisseurs des véhicules à moteur de semi-conducteur a réduit ou a cessé commander au cours de ces périodes. Si vous considérez ceci, ajouté aux pratiques en matière maigres de l'inventaire de l'industrie automobile, ceux-ci peuvent contribuer des facteurs aux pénuries spécifiques automatiques que nous voyons aujourd'hui. »

Il y avait quelques panneaux d'avertissement. « Nous avons vu que les exigences des fournisseurs des véhicules à moteur de semi-conducteur commencent à flotter autour de Q2 tôt “20. Il n'était pas jusqu'à Q4 autour tôt” 20 que nous avons vu que la demande automatique de fournisseur de semi-conducteur commencent à retourner à des niveaux plus typiques de demande, » Ng a dit. « Comme tendance générale, nous voyons une bonne quantité de croissance en électronique automobile, qui couvre la gamme de technologies transformatrices des dispositifs discrets de transistor MOSFET de 0,35 microns aux produits et tout de 28nm/22nm ADAS dans l'intervalle, comme le contrôle de corps et de châssis, l'info-spectacle et le WiFi. Nous nous attendons à ce que le contenu de semi-conducteur pour que des véhicules à moteur continue de s'élever pour l'avenir. »

Tous ces marchés ont alimenté la demande des types de empaquetage de capacité et d'emballage. Une manière de mesurer la capacité est en regardant des taux d'utilisation d'usine.

ASE, le plus grand OSAT du monde, a vu que ses taux d'utilisation globaux d'usine augmentent de 75% à 80% dans le premier trimestre de 2020, environ à 85% dans le deuxième trimestre de l'année dernière. Par les troisième et quatrièmes trimestres, les taux d'utilisation de empaquetage d'ASE étaient bien plus de 80%.

Dans la première partie de 2021, la demande globale de la capacité de empaquetage demeure forte avec l'approvisionnement serré vu dans quelques segments. « Nous voyons la capacité fortement à peu près d'un bout de l'affaire à l'autre, » a dit Prasad Dhond, vice-président des produits du wirebond BGA chez Amkor. « La plupart des fin-marchés, excepté des véhicules à moteur, sont demeurés forts tout au long de 2020. En 2021, nous continuons à voir la force sur ces marchés, et des véhicules à moteur a récupéré, aussi bien. Ainsi le rebond automatique s'ajoute certainement aux contraintes de capacité. »

D'autres, y compris les vendeurs de empaquetage terrestres, également voient l'exigence accrue. « La capacité de empaquetage aux États-Unis semble se tenir fermement, » a dit Rosie Medina, vice-président des ventes et du marketing chez Quik-PAK. « Chacun fait ce qu'elles peuvent contrôler l'exigence accrue. »

Wirebond, pénuries de leadframe
Une multitude de différents types de paquet d'IC existent sur le marché, chacun visé pour une application différente.

Une manière de segmenter le marché de empaquetage est par le type d'interconnexion, qui inclut le wirebond, la secousse-puce, l'emballage niveau de la gaufrette (WLP), et les vias d'à travers-silicium (TSVs). Interconnects sont employées pour relier une matrice à l'autre en paquets. TSVs ont les comptes d'entrée-sortie les plus élevés, suivis de WLP, de secousse-puce, et de wirebond.

Quelques 75% à 80% de paquets d'aujourd'hui sont basés sur la liaison de fil, selon TechSearch. Développé de retour pendant les années 1950, un bonder de fil pique une puce à une autre puce ou substrat utilisant les fils minuscules. La liaison de fil principalement a été employée pour les paquets bons marchés de legs, paquets de mi-portée, et la mémoire meurent en empilant.

La demande de la capacité de wirebond était lente dans la première moitié de 2020, mais elle a cloué dans le troisième trimestre de 2020, causant la capacité de wirebond de serrer. Lorsque, ASE a dit que la capacité de wirebond demeurerait fortement au moins jusqu'à la deuxième moitié de 2021.

D'autres tendances ont également émergé sur le marché de wirebond. « Le nombre de matrices empilées que nous faisons est plus qu'avant, » ASE avec vous ont indiqué dans une conférence téléphonique dans le troisième trimestre de 2020. « Ainsi dans ce cycle particulier, ce n'est pas simplement le volume. C'est également le nombre de matrices, le nombre de fils, aussi bien que la complexité. »

Jusqu'ici en 2021, la capacité de wirebond est due contraint à un boom sur marchés des véhicules à moteur et autres. Il devient également plus difficile d'obtenir assez de wirebonders pour satisfaire la demande.

La « capacité demeure serrée, » ASE avec vous ont indiqué dans une conférence téléphonique récente. « La fois passée, j'ai formulé un commentaire que la pénurie de wirebond sera au moins à Q2 de cette année. En ce moment, nous ajustons légèrement notre vue. Nous croyons que la pénurie de wirebond aura lieu tout au long de toute l'année de 2021. »

Début 2020, il était relativement facile d'obtenir des wirebonders. Pendant que la demande reprenait fin 2020, les délais d'exécution d'outil de wirebonder se sont prolongés à six à huit mois. « En ce moment, les délais d'exécution de la livraison de machine a lieu plutôt six à neuf mois, » avec vous a dit.

Wirebonders sont employés pour faire plusieurs types de paquet, tels que les NO--avances quadruple-plates (QFN), le plat-paquet de quadruple (QFP), et beaucoup d'autres.

QFN et QFP appartiennent dans le groupe de leadframe de types de paquet. Un leadframe, un composant critique pour ces paquets, est fondamentalement un cadre en métal. Dans le processus de fabrication, une matrice est attachée au cadre. Des avances sont reliées à la matrice employant les fils minces.

Fig. 1 : Paquet de QFN.

Fig. 2 : Vue de côté de QFN.

« Typiquement, QFNs sont la Médina, bien que vous puissiez également les concevoir pour la puce à protubérance, » de Quik-PAK wirebonded a dit. « Tandis que la puce à protubérance QFNs peut venir dans de plus petites tailles/empreintes de pas que QFNs wirebonded, ils sont un peu plus chers de construire parce que la matrice doit être cognée. Beaucoup de clients choisiront QFNs pour leur petite taille et leur rentabilité. Les formats overmolded traditionnels de QFN sont une option économique pour beaucoup d'applications. Des tailles faites sur commande peuvent également être considérées économiques quand une taille standard de JEDEC ne s'applique pas, comme nos paquets en plastique Ouvert-moulés (OmPPs). Celles-ci viennent dans un grand choix de formats de JEDEC et de configurations faites sur commande. »

Des paquets de Leadframe sont employés pour des puces sur l'analogue, le rf, et d'autres marchés. « Nous voyons fort-que-jamais la demande pour des paquets de QFN, » la Médina a indiqué. « Ils sont employés sur beaucoup de marchés d'extrémité, tels que médical, commercial, et le mil/aérien. Handhelds, wearables, et conseils avec beaucoup de composants sont des applications principales. »

Pendant les cycles de boom, bien que, le défi soit d'obtenir un approvisionnement suffisant en leadframes de tiers fournisseurs. Les affaires de leadframe sont un segment de bas-marge qui a subi une vague de consolidation. Quelques fournisseurs ont sorti les affaires.

Aujourd'hui, une demande est robuste pour des paquets de QFN, qui crée le besoin de plus de leadframes. Tandis que quelques maisons de empaquetage peuvent fixer assez de leadframes, d'autres voient un déficit.

Le « approvisionnement de Leadframe est serré, » Dhond d'Amkor's a dit. La « capacité de fournisseur ne peut pas suivre la demande. Les hausses du prix de métal précieux effectuent également des prix de leadframe. »

Emballage avancé, ennuis de substrat
Une demande est également robuste pour beaucoup de types avancés de paquet, particulièrement rangée de grille de boule de secousse-puce (BGA) et paquets de puce-échelle de secousse-puce (CSPs). Les volumes augmentent également pour 2.5D/3D, sortance, et système-dans-paquet (petite gorgée).

la Secousse-puce est un processus employé pour développer BGAs et d'autres paquets. Dans le processus de secousse-puce, des bosses ou les piliers de cuivre sont formés sur une puce. Le dispositif est renversé et monté sur un distinct mourez ou embarquez. Les bosses débarquent sur les protections de cuivre, formant les connexions électriques.

Fig. 3 : Côté-vue un support de secousse-puce

Conduit par des véhicules à moteur, calcul, carnets, et d'autres produits, on s'attend à ce que le marché d'emballage de la secousse-puce BGA se développe de $10 milliards en 2020 à $12 milliards d'ici 2025, selon Yole Développement.

« La capacité globale pour des produits de secousse-puce continuera à fonctionner à l'utilisation élevée en 2021, avec des délais d'exécution d'équipement éliminant à plus grand que 2X ce que nous éprouvons typiquement, » a dit Roger St. Amand, vice-président principal chez Amkor. « Basé sur des prévisions disponibles, nous nous attendons à cette tendance de continuer jusqu'en 2021, et dans 2022, conduit par plus très demandé dans les communications, le calcul, et les segments de marché des véhicules à moteur. Généralement nous voyons cette tendance à travers toutes les technologies de paquet de secousse-puce. »

En attendant, des paquets de sortance et d'entrance sont basés sur une technologie appelée le WLP. Dans un exemple de sortance, une mémoire meurent est empilée sur une puce de logique dans un paquet. L'entrance, parfois appelé CSPs, sont employés pour la gestion IC de puissance et les puces de rf. Au total, on projette que le marché de WLP se développe de $3,3 milliards en 2019 à $5,5 milliards d'ici 2025, selon Yole.

Les paquets 2.5D/3D sont employés dans les serveurs à extrémité élevé et d'autres produits. Dans 2.5D, des matrices sont empilées ou placées côte à côte sur une interposition, qui incorpore TSVs.

En attendant, une petite gorgée est un paquet fait sur commande, qui se compose d'un sous-système électronique fonctionnel. « Nous voyons une grande variété de nouveaux projets de petite gorgée qui couvre optique, audio, et photonics de silicium, aussi bien que beaucoup de dispositifs de bord de smartphone, » ASE avec vous ont indiqué.

Plusieurs de ces types avancés de paquet emploient un substrat en stratifié, qui sont dans l'approvisionnement court. D'autres paquets n'exigent pas un substrat. Ceci dépend de l'application.

Un substrat sert de base dans un paquet, et il relie la puce au conseil dans un système. Un substrat se compose des couches multiples, qui incorpore des traces et des vias en métal. Ces couches réseau fournissent les connexions électriques de la puce au conseil.

Les substrats en stratifié sont les produits doubles faces ou multicouche. Quelques paquets ont deux couches doubles faces, alors que les produits plus complexes ont 18 à 20 couches. Des substrats en stratifié sont basés sur de divers ensembles matériels, tels que les matériaux et la BT-résine d'habillage d'Ajinomoto (ABF).

Généralement, dans la chaîne d'approvisionnements, les maisons d'emballage achètent des substrats de divers tiers fournisseurs, tels qu'Ibiden, Kinsus, Shinko, Unimicron, et d'autres.

Les problèmes ont commencé à faire surface l'année dernière quand la demande a augmenté pour les substrats en stratifié, entraînant l'approvisionnement serré pour ces produits. Les questions ont escaladé tard l'année dernière, quand un feu a éclaté à une usine possédée par Unimicron de Taïwan. Unimicron a transféré la production à d'autres équipements, mais quelques clients ne pouvaient pas encore obtenir assez de substrats pour satisfaire la demande.

Un autre feu a éclaté à la même usine d'Unimicron au cours des dernières semaines, quand les travailleurs nettoyaient l'usine. Lorsque, bien que, l'usine n'ait pas été dans la production.

Une demande actuelle, ajoutée à de divers accrocs dans la chaîne d'approvisionnements, rendent la situation de substrat beaucoup plus mauvaise en 2021. Dans certains cas, les prix des substrats augmentent avec des délais d'exécution prolongés.

« Semblable à ce que nous éprouvons pour l'équipement, nous voyons des augmentations considérables en quelques délais d'exécution de substrat de secousse-puce, » le St Amand d'Amkor a indiqué. « Dans certains cas, les délais d'exécution de substrat grimpent jusqu'à plus grand que 4X ce qui est typiquement vu dans l'industrie. Cette tendance est conduite principalement par le plus très demandé soutenu pour le grand corps et le compte de haut-couche singulated des substrats d'ABF pour le secteur de calcul. En plus, nous voyons une récupération forte de l'industrie automobile, qui dans certains cas concurrence directement la demande mentionnée ci-dessus pour des substrats de calcul plus à extrémité élevé. Nous voyons également l'exigence accrue pour les substrats basés sur bande de PPG utilisés pour des produits de petit-corps dans les communications, le consommateur, et les segments des véhicules à moteur. »

En attendant, l'industrie travaille aux solutions pour résoudre le problème, mais ces approches peuvent faire défaut. « Je discuterais que le modèle économique pour des substrats de paquet d'IC est fondamentalement cassé, » Vardaman de TechSearch's ai dit. « Nous devons avoir un certain genre de nouvelle approche à ces relations d'affaires pour garantir l'approvisionnement. Nous avons battu ces pauvres fournisseurs de substrat pratiquement à la mort sur l'évaluation. Ils n'ont pas pu maintenir leurs marges. Ce n'est pas une situation saine. »

Il n'y a aucun dépannage rapide ici. Les fournisseurs de substrat pourraient simplement augmenter leurs prix de produit pour amplifier leurs marges, mais ceci ne résout pas les problèmes de capacité.

Une autre solution possible est pour que les vendeurs de substrat établissent la capacité de production de satisfaire la demande. Mais une chaîne de production avancée à grande échelle de substrat coûte environ $300 millions.

« Le niveau de l'investissement requis n'est pas quelque chose que ces sociétés de substrat sont confortables faisant si elles ne pensent pas que la capacité sera utilisée dans un délai de deux ou trois ans, » Vardaman ont dit. « Ils doivent obtenir un retour sur leur investissement, et il va être très difficile de faire s'ils pensent qu'il va y a une diminution de la demande. Et que se produit quand elles investissent dans trop de capacité, alors les prix tombent-ils ? Ils ne peuvent pas faire leur retour et leurs marges souffrent. Ainsi c'est une situation vraiment dure. Je dirais que nous sommes dans une situation vraiment mauvaise dans notre industrie pour cette raison. »

Une option moins chère est d'amplifier simplement les rendements sur une ligne existante de substrat, permettant plus les produits utilisables. Mais les vendeurs devraient investir plus dans le nouveau et cher équipement de métrologie.

Les maisons de empaquetage également regardent différentes solutions. Le plus évident est d'obtenir des substrats de différents vendeurs. Mais il prend 25 semaines ou $250 000 pour qualifier un nouveau vendeur de substrat, selon Vardaman.

Alternativement, les maisons de empaquetage peuvent développer et vendre des paquets plus sans substrat d'IC. Mais beaucoup de systèmes exigent des paquets avec les substrats, qui sont dans certains cas plus robustes et fiables.

La situation n'est pas désespérée. Les maisons d'emballage doivent fonctionner plus étroitement avec leurs fournisseurs. « Nous travaillons avec nos clients pour obtenir des prévisions plus à long terme pour commander des matériaux, » Dhond d'Amkor's a dit. « Nous qualifions les deuxièmes sources pour assurer l'approvisionnement le cas échéant. »

Ceci crée quelques nouvelles occasions, aussi bien. Quik-PAK a dévoilé l'année dernière une conception de substrat, une fabrication, et un service d'assemblée. Avec ce service, la société soutient de divers types de substrats de paquet. « Nous voyons certainement l'exigence accrue pour nos services de développement de substrat, par lesquels nous créons les solutions clés en main pour que les assemblées basées sur substrat adaptent aux exigences de empaquetage de nos clients, » la Médina de Quik-PAK avons dit. « Notre capacité de mettre des demandes de client ensemble et d'accroître en commun le prix et le délai d'exécution de choisir les associés ouvriers droits est cruciale à garder l'approvisionnement en substrats dans des programmes de livraison raisonnables. Les vendeurs aux États-Unis peuvent raccourcir le délai d'exécution par plus de 50%. »

Conclusion
Clairement, la demande de l'empaquetage a monté en flèche, mais l'industrie doit renforcer la chaîne d'approvisionnements. Autrement, les vendeurs de empaquetage feront face à plus de retards, sinon d'occasions perdues.

Le du côté incliné est que toute la ceci prendra plus d'investissement, et la consolidation de la base de vendeur dans certains segments pourrait être nécessaire pour atteindre une certaine échelle. Mais elle ouvre également la porte aux nouvelles et plus innovatrices approches, qui seront essentielles pour faire ce travail. (Mark LaPedus)