Notícia

Um impulso na procura para microplaquetas está impactando a cadeia de aprovisionamento de empacotamento de IC, causando faltas da capacidade de fabricação seleta, vários tipos do pacote, componentes-chave, e equipamento.

As faltas do ponto no empacotamento surgiram ao fim de 2020 e espalharam desde a outros setores. Há agora uma variedade de pontos de bloqueador na cadeia de aprovisionamento. Wirebond e a capacidade da aleta-microplaqueta permanecerão firmemente ao longo de 2021, junto com um número de tipos diferentes do pacote. Além, os componentes críticos usados em pacotes de IC, a saber leadframes e carcaças, estão no escassez. Os fogos recentes em uma fábrica de empacotamento da carcaça em Taiwan fizeram os problemas mais maus. Sobre isso, os wirebonders e o outro equipamento estão vendo prazos de execução prolongados da entrega.

Geralmente, a dinâmica no empacotamento para refletir a imagem total da procura no negócio do semicondutor. Começando 2020, o servidor e os mercados do caderno ganharam o vapor, criando a procura enorme para microplaquetas diferentes e os pacotes para aqueles mercados. Além, uma repercussão repentina no setor automotivo girou o mercado de cabeça para baixo, causando faltas difundidas para microplaquetas e capacidade da fundição.

As faltas no semicondutor e os mercados de empacotamento não são novos e não ocorrem durante ciclos baseados sobre a necessidade na indústria de IC. O que é diferente é a indústria está começando finalmente a reconhecer a importância do empacotamento. Mas a fragilidade em algumas partes da cadeia de aprovisionamento de empacotamento, particularmente carcaças, travou muito fora-de-guarda.

As limitações da cadeia de aprovisionamento já estão causando alguns atrasos da expedição, mas é obscuro se os problemas persistirão. Supérfluo para dizer, há uma necessidade urgente de suportar acima da cadeia de aprovisionamento de empacotamento. Por um lado, empacotar está jogando um papel mais grande através da indústria inteira. Os OEMs querem as microplaquetas menores e mais rápidas, que exigem pacotes novos e melhores de IC com bom desempenho elétrico.

Ao mesmo tempo, o empacotamento avançado está transformando-se uma opção mais viável para desenvolver projetos de microplaqueta novos do sistema-nível. Os benefícios do poder e do desempenho da escamação da microplaqueta estão diminuindo em cada nó novo, e o custo pelo transistor esteve na elevação desde a introdução de finFETs. Assim quando escalar permanecer uma opção para projetos novos, a indústria está procurando por alternativas, e pôr microplaquetas heterogêneas múltiplas em um pacote avançado é uma solução.

Os “povos realizaram a importância do empacotamento,” disse Jan Vardaman, presidente de TechSearch internacional. “Elevou às discussões a níveis incorporados em empresas e em empresas do semicondutor. Mas nós somos em uma articulação em nossa indústria onde nós simplesmente não podemos encontrar a procura sem nossa cadeia de aprovisionamento que está em uma boa posição.”

Para ajudar a indústria a ganhar algumas introspecções no mercado, a engenharia do semicondutor olhou a dinâmica atual no empacotamento assim como na cadeia de aprovisionamento, incluindo a capacidade, os pacotes, e os componentes.

Microplaqueta/crescimento de empacotamento
Foi um passeio da montanha russa na indústria do semicondutor. Ao princípio de 2020, o negócio olhou brilhante, mas o mercado de IC deixado cair entre a manifestação Covid-19 pandêmica.

Durante todo 2020 países diferentes executou um número de medidas abrandar a manifestação, tal como ordens caseiros e fechamentos do negócio. A agitação e as perdas do trabalho econômicas seguiram logo.

Mas em meados de 2020, o mercado de IC saltou para trás, porque a economia caseiro conduziu a procura para computadores, tabuletas, e tevês. Em 2020, a indústria de IC terminou em uma nota alta, enquanto as vendas da microplaqueta cresceram 8% mais de 2019, de acordo com a pesquisa do VLSI.

Esse impulso transferiu na primeira parte de 2021. No total, o mercado do semicondutor é projetado crescer em 2021 por 11%, de acordo com a pesquisa do VLSI.

“Nós estamos vendo a procura enorme, devido a IoT, dispositivos da borda, e os dispositivos espertos permitidos por 5G,” disse Tien Wu, Diretor de Operações em ASE, em uma audioconferência recente. “Com informática de alto rendimento, a nuvem, o comércio eletrônico, assim como baixa latência 5G e taxas de dados altas, nós estamos vendo mais aplicações para dispositivos espertos, veículos elétricos, e todas as aplicações de IoT.”

No ano passado, o mercado automotivo era lento. Recentemente, as empresas automotivos consideraram a procura renovada, mas enfrentam agora uma onda de faltas da microplaqueta. Em alguns casos, os fabricantes de automóveis têm sido forçados temporariamente às plantas seletas do obturador.

Os vendedores de IC com fabs, assim como as fundições, são incapazes de encontrar a procura nos mercados automotivos e outros. “Para a maioria do calendário 2020, fabs estavam correndo em taxas de utilização muito altas — fabs de 200mm e de 300mm — através apenas de aproximadamente todas as tecnologias,” disse Walter Ng, vice-presidente do desenvolvimento de negócios em UMC. “O segmento automotivo está sendo escolhido de modo algum em toda a maneira, como todos os segmentos e as aplicações parecem correr com fonte apertada. Muitas fábricas automotivos tiveram paradas programadas de planta durante a segunda metade do ano passado devido a COVID. Nós observamos que muitos fornecedores automotivos do semicondutor se reduziu ou se parou de pedir durante estes períodos. Se você considera este, acoplado com as práticas magras do inventário do setor automóvel, estas podem contribuir fatores às auto faltas que específicas nós estamos vendo hoje.”

Havia alguns sinais de aviso. “Nós vimos que as procuras automotivos dos fornecedores do semicondutor começam a flutuar em torno de Q2 adiantado ‘20. Não era até Q4 ao redor adiantado’ 20 que nós vimos que a auto procura do fornecedor do semicondutor começa a retornar a uns níveis mais típicos da procura,” Ng disse. “Como uma tendência geral, nós vemos uma boa quantidade de crescimento na eletrônica automotivo, que cobre a gama de tecnologias de processamento dos dispositivos discretos do MOSFET de 0,35 mícrons aos produtos de 28nm/22nm ADAS e tudo no meio, como o controle do corpo e do chassi, o infotainment e o WiFi. Nós esperamos o índice do semicondutor para que automotivo continue a crescer para o futuro próximo.”

Todos estes mercados abasteceram a procura para tipos de empacotamento da capacidade e de empacotamento. Uma maneira de determinar a capacidade é olhando taxas de utilização da fábrica.

ASE, o OSAT o maior do mundo, viu que suas taxas de utilização totais da fábrica aumentam 75% a 80% no primeiro trimestre de 2020, a aproximadamente 85% no segundo trimestre de no ano passado. No terço e os quartos trimestres, as taxas de utilização de empacotamento de ASE estavam bem sobre 80%.

Na primeira parte de 2021, a procura total para a capacidade de empacotamento permanece forte com a fonte apertada considerada em alguns segmentos. “Nós estamos vendo a capacidade firmemente mais ou menos em toda a linha,” disse Prasad Dhond, vice-presidente de produtos do wirebond BGA em Amkor. “A maioria de fim-mercados, exceto automotivo, permaneceram fortes ao longo de 2020. Em 2021, nós estamos continuando a ver a força naqueles mercados, e automotivo recuperou, também. Assim a auto repercussão está adicionando certamente às limitações de capacidade.”

Outro, incluindo vendedores de empacotamento terrestres, igualmente estão vendo o aumento da procura. “A capacidade de empacotamento Stateside parece guardar com calma,” disse Rosie Medina, vice-presidente das vendas e do mercado em Quik-Pak. “Todos está fazendo o que pode controlar o aumento da procura.”

Wirebond, faltas do leadframe
Uma multidão de tipos diferentes do pacote de IC existe no mercado, cada um visado para uma aplicação diferente.

Uma maneira de segmentar o mercado de empacotamento é pelo tipo da interconexão, que inclui o wirebond, aleta-microplaqueta, bolacha-nível que empacota (WLP), e pelos vias do através-silicone (TSVs). Interconnects é usada para conectar um dado a outro nos pacotes. TSVs tem as contagens as mais altas do I/O, seguidas por WLP, por aleta-microplaqueta, e por wirebond.

Alguns 75% a 80% de pacotes de hoje são baseados na ligação do fio, de acordo com TechSearch. Tornado para trás nos anos 50, um bonder do fio costura uma microplaqueta a uma outra microplaqueta ou carcaça usando fios minúsculos. A ligação do fio foi usada principalmente para os pacotes baratos do legado, pacotes do médio-alcance, e a memória morre empilhar.

A procura para a capacidade do wirebond era lenta na primeira metade de 2020, mas cravou no terceiro quarto de 2020, causando a capacidade do wirebond apertar. Então, ASE disse que a capacidade do wirebond permaneceria firmemente pelo menos até a segunda metade de 2021.

Outras tendências igualmente emergiram no mercado do wirebond. “O número de dados empilhados que nós estamos fazendo somos mais do que antes,” ASE com você disseram em uma audioconferência no terceiro quarto de 2020. “Assim neste ciclo particular, não está apenas a um volume. É igualmente o número de dados, o número de fios, assim como a complexidade.”

Até agora em 2021, a capacidade do wirebond é forçado devido a um crescimento em mercados automotivos e outros. Igualmente está tornando-se mais difícil obter bastante wirebonders para encontrar a procura.

A “capacidade permanece apertada,” ASE com você disseram em uma audioconferência recente. “Última vez, eu fiz um comentário que a falta do wirebond será pelo menos a Q2 deste ano. Agora, nós estamos ajustando levemente nossa opinião. Nós acreditamos que a falta do wirebond se realizará ao longo do ano inteiro de 2021.”

Ao princípio de 2020, era relativamente fácil obter wirebonders. Enquanto a procura pegarou ao fim de 2020, os prazos de execução da ferramenta do wirebonder estenderam a seis a oito meses. “Agora, os prazos de execução da entrega da máquina são mais como seis a nove meses,” com você disse.

Wirebonders é usado para fazer diversos tipos do pacote, tais como as nenhum-ligações quadrilátero-lisas (QFN), o liso-bloco do quadrilátero (QFP), e o muito outro.

QFN e QFP pertencem no grupo do leadframe de tipos do pacote. Um leadframe, um componente crítico para estes pacotes, é basicamente um quadro do metal. No processo de produção, um dado é unido ao quadro. As ligações são conectadas ao dado usando fios finos.

Fig. 1: Pacote de QFN.

Fig. 2: Opinião lateral de QFN.

“Tipicamente, QFNs é o Medina, embora você possa igualmente os projetar para a microplaqueta de aleta,” de Quik-Pak wirebonded disse. “Quando a microplaqueta de aleta QFNs puder vir em tamanhos/pegadas menores do que QFNs wirebonded, são um pouco mais caros construir porque o dado precisa de ser colidido. Muitos clientes escolherão QFNs para seu tamanho pequeno e sua rentabilidade. Os formatos overmolded tradicionais de QFN são uma opção econômica para muitas aplicações. Os tamanhos feitos sob encomenda podem igualmente ser considerados econômicos quando um tamanho padrão de JEDEC não é aplicável, como nossos pacotes plásticos Aberto-moldados (OmPPs). Estes vêm em uma variedade de formatos de JEDEC e configurações feitas sob encomenda.”

Os pacotes de Leadframe são usados para microplaquetas no analógico, no RF, e nos outros mercados. “Nós vemos forte-do que-nunca a procura para pacotes de QFN,” Medina disse. “São usados em muitos mercados da extremidade, tais como médico, comercial, e mil./aero. Handhelds, os wearables, e as placas com muitos componentes são aplicações principais.”

Durante os ciclos do crescimento, embora, o desafio é obter uma fonte adequada dos leadframes dos fornecedores da terceira. O negócio do leadframe é um segmento da baixo-margem que se submeta a uma onda da consolidação. Alguns fornecedores retiraram o negócio.

Hoje, a procura é robusta para pacotes de QFN, que cria a necessidade para mais leadframes. Quando algumas casas de empacotamento puderem fixar bastante leadframes, outro veem um défice.

De “a fonte Leadframe está apertada,” o Dhond de Amkor disse. Do “a capacidade fornecedor não pode prosseguir com procura. Os aumentos de preços do metal precioso igualmente estão impactando preços do leadframe.”

Empacotamento avançado, consternações da carcaça
A procura é igualmente robusta para muitos tipos avançados do pacote, especialmente disposição da grade da bola da aleta-microplaqueta (BGA) e pacotes da microplaqueta-escala da aleta-microplaqueta (CSPs). Os volumes igualmente estão aumentando para 2.5D/3D, fã-para fora, e sistema-em-pacote (sorvo).

a Aleta-microplaqueta é um processo usado para desenvolver BGAs e outros pacotes. No processo da aleta-microplaqueta, as colisões ou as colunas de cobre são formadas sobre uma microplaqueta. O dispositivo é lançado e montado em um separado morra ou embarque. As colisões aterram nas almofadas de cobre, formando conexões elétricas.

Fig. 3: Lado-vista uma montagem da aleta-microplaqueta

Conduzido automotivo, pela computação, pelos cadernos, e pelos outros produtos, o mercado de empacotamento da aleta-microplaqueta BGA é esperado crescer em 2025 de $10 bilhões em 2020 a $12 bilhões, de acordo com Yole Développement.

“A capacidade total para produtos da aleta-microplaqueta continuará a correr na utilização alta em 2021, com os prazos de execução do equipamento que eliminam a maior do que 2X o que nós experimentamos tipicamente,” disse Roger St. Amândio, vice-presidente superior em Amkor. “Baseado em previsões disponíveis, nós esperamos esta tendência continuar até 2021, e em 2022, conduzido por uma procura mais alta nas comunicações, na computação, e nos segmentos de mercado automotivos. Geralmente, nós estamos vendo esta tendência através de todas as tecnologias do pacote da aleta-microplaqueta.”

Entrementes, o fã-para fora e fã-em pacotes é baseado em uma tecnologia chamada WLP. Em um exemplo do fã-para fora, uma memória morre é empilhada em uma microplaqueta de lógica em um pacote. Fã-em, chamado às vezes CSPs, são usados para a gestão CI do poder e as microplaquetas do RF. No total, o mercado de WLP é projetado crescer em 2025 de $3,3 bilhões em 2019 a $5,5 bilhões, de acordo com Yole.

Os pacotes 2.5D/3D são usados em servidores da parte alta e em outros produtos. Em 2.5D, os dados são empilhados ou colocados de lado a lado sobre um pino intermediário, que incorpore TSVs.

Entrementes, um sorvo é um pacote feito sob encomenda, que consista em um subsistema eletrônico funcional. “Nós estamos vendo uma grande variedade de projetos novos do sorvo que cubra ótico, audio, e de photonics do silicone, assim como muitos dispositivos da borda do smartphone,” ASE com você disseram.

Muitos destes tipos avançados do pacote usam uma carcaça estratificada, que estão no escassez. Outros pacotes não exigem uma carcaça. Isto depende da aplicação.

Uma carcaça serve como a base em um pacote, e conecta a microplaqueta à placa em um sistema. Uma carcaça consiste em camadas múltiplas, cada qual incorpore traços e vias do metal. Estas camadas de distribuição fornecem as conexões elétricas da microplaqueta à placa.

As carcaças estratificadas são produtos frente e verso ou da multi-camada. Alguns pacotes têm duas camadas frente e verso, quando os produtos mais complexos tiverem 18 a 20 camadas. As carcaças estratificadas são baseadas em vários grupos materiais, tais como materiais e BT-resina do acúmulo de Ajinomoto (ABF).

Geralmente, na cadeia de aprovisionamento, as casas de empacotamento compram carcaças dos vários fornecedores da terceira, tais como Ibiden, Kinsus, Shinko, Unimicron, e outro.

Os problemas começaram a surgir no ano passado quando a procura afluiu para carcaças estratificadas, causando a fonte apertada para estes produtos. As edições escalaram tarde no ano passado, quando um fogo estoirou em uma usina possuída pelo Unimicron de Taiwan. Unimicron transferiu a produção a outras facilidades, mas alguns clientes eram ainda incapazes de obter bastante carcaças para encontrar a procura.

Um outro fogo estoirou na mesma planta de Unimicron nas últimas semanas, quando os trabalhadores limpavam a fábrica. Então, embora, a planta não estava na produção.

A procura em curso, acoplada com várias senões na cadeia de aprovisionamento, está fazendo a situação da carcaça muito mais má em 2021. Em alguns casos, os preços para carcaças estão aumentando com prazos de execução prolongados.

“Similar ao que nós estamos experimentando para o equipamento, nós estamos vendo aumentos consideráveis em prazos de execução da carcaça da aleta-microplaqueta,” o St. Amândio de Amkor disse. “Em alguns casos, os prazos de execução da carcaça estão aumentando a maior do que 4X o que é visto tipicamente na indústria. Esta tendência está sendo conduzida principalmente pela procura mais alta sustentada para o grande corpo e a contagem da alto-camada singulated carcaças de ABF para o setor de computação. Adicionalmente, nós estamos vendo uma recuperação forte da indústria automóvel, que em alguns casos está competindo diretamente com a procura acima mencionada para carcaças de computação de uma extremidade mais alta. Nós igualmente estamos vendo o aumento da procura para as carcaças tira-baseadas de PPG usadas para produtos do pequeno-corpo nas comunicações, no consumidor, e nos segmentos automotivos.”

Entrementes, a indústria está trabalhando em soluções para resolver o problema, mas estas aproximações podem ser insuficiente. “Eu discutiria que o modelo comercial para carcaças do pacote de IC é basicamente quebrado,” o Vardaman de TechSearch disse. “Nós precisamos de ter algum tipo da aproximação nova a estes relacionamentos comerciais para garantir a fonte. Nós batemos estes fornecedores pobres da carcaça praticamente à morte na fixação do preço. Não puderam manter suas margens. Não é uma situação saudável.”

Não há nenhuma solução rápida aqui. Os fornecedores da carcaça poderiam simplesmente aumentar seus preços do produto para impulsionar suas margens, mas este não resolve os problemas da capacidade.

Uma outra solução possível é para que os vendedores da carcaça construam a capacidade de fabricação encontrar a procura. Mas uma linha de produção avançada em grande escala da carcaça custa aproximadamente $300 milhões.

“O nível de investimento necessário não é algo que estas empresas da carcaça são confortáveis fazendo se não pensam que a capacidade estará utilizada dentro de dois ou três anos,” Vardaman disseram. “Precisam de obter um retorno em seu investimento, e está indo ser muito difícil fazer se pensam que está indo estar uma diminuição na procura. E que acontece quando investe em demasiada capacidade, a seguir os preços caem? Não podem fazer seu retorno e suas margens sofrem. Assim é uma situação realmente resistente. Eu diria que nós somos em uma situação realmente má em nossa indústria devido a este.”

Uma opção menos cara é impulsionar simplesmente os rendimentos em uma linha existente da carcaça, permitindo mais produtos úteis. Mas os vendedores precisariam de investir mais no equipamento novo e caro da metrologia.

As casas de empacotamento igualmente estão olhando soluções diferentes. O mais óbvio é obter carcaças dos vendedores diferentes. Mas toma 25 semanas ou $250.000 para qualificar um vendedor novo da carcaça, de acordo com Vardaman.

Alternativamente, as casas de empacotamento podem desenvolver e vender mais pacotes de IC da carcaça-menos. Mas muitos sistemas exigem pacotes com carcaças, que são em alguns casos mais robustas e seguras.

A situação não é impossível. As casas de empacotamento precisam de trabalhar mais proximamente com seus fornecedores. “Nós estamos trabalhando com nossos clientes para conseguir umas previsões mais a longo prazo pedir materiais,” o Dhond de Amkor disse. “Nós estamos qualificando segundas fontes para assegurar a fonte onde apropriado.”

Isto cria algumas oportunidades novas, também. Quik-Pak revelou no ano passado um projeto da carcaça, uma fabricação, e um serviço do conjunto. Com este serviço, a empresa apoia vários tipos das carcaças do pacote. “Nós estamos vendo definidamente o aumento da procura para nossos serviços do desenvolvimento da carcaça, com que nós criamos soluções turnkey para que os conjuntos carcaça-baseados acomodem as exigências de empacotamento dos nossos clientes,” o Medina de Quik-Pak dissemos. “Nossa capacidade para associar pedidos do cliente junto e do preço e da execução da força de alavanca prazo selecionar os sócios fabulosos adequados é crucial a manter a fonte das carcaças dentro das programações de entrega razoáveis. Os vendedores Stateside podem encurtar o prazo de execução por mais de 50%.”

Conclusão
Claramente, a procura para empacotar subiu rapidamente, mas a indústria deve reforçar a cadeia de aprovisionamento. Se não, os vendedores de empacotamento enfrentarão mais atrasos, se não oportunidades perdidas.

O downside é que toda a esta tomará mais investimento, e a consolidação da base do vendedor em determinados segmentos pôde ser necessária para alcançar uma determinada escala. Mas igualmente abre a porta às aproximações novas e mais inovativas, que serão essenciais fazer este trabalho. (Mark LaPedus)