„American Semiconductor“ žengia žingsnį JAV vietinių lustų pakavimo link

Pastaraisiais metais plačiai paplitęs puslaidininkių trūkumas paskatino daugelį žmonių sutelkti dėmesį į tiekimo grandinės atsparumą, raginimus padidinti lustų gamybą JAV. vidaus puslaidininkių gamybos ir laukia House veiksmų. Nors daugeliui žmonių pagrindinis dėmesys skiriamas silicio lustų gamybos vietos didinimui, neturėtume pamiršti ir lustų pakavimo – esminio tų lustų kapsuliavimo proceso, siekiant apsaugoti juos nuo pažeidimų ir padaryti juos tinkamus naudoti prijungiant jų grandines prie išorinis pasaulis. Tai sritis, kuri bus svarbi tiek tiekimo grandinės atsparumui, tiek būsimai elektronikos technologijų pažangai palaikyti. 

Įpakavimas yra būtinas, kad puslaidininkinius lustus būtų galima naudoti

Integrinių grandynų (IC) lustai gaminami ant silicio plokštelių kelių milijardų dolerių gamyklose, vadinamose „fabs“. Atskiri lustai arba „štampai“ gaminami pasikartojančiais modeliais, gaminami partijomis ant kiekvienos plokštelės (ir visose plokštelių partijose). 300 mm plokštelėje (apie 12 colių skersmens), tokio dydžio, koks paprastai naudojamas moderniausiuose gaminiuose, gali būti šimtai didelių mikroprocesorių lustų arba tūkstančiai mažų valdiklio lustų. Gamybos procesas suskirstytas į „priekinės linijos“ (FEOL) fazę, kurios metu sukuriami milijardai mikroskopinių tranzistorių ir kitų įrenginių, naudojant modeliavimo ir ėsdinimo procesus silicio korpuse, o po to seka „galinė linijos dalis“. ” (BEOL), kuriame yra paklotas metalinių pėdsakų tinklelis, kuris viską sujungia. Pėdsakai susideda iš vertikalių segmentų, vadinamų „viais“, kurie savo ruožtu jungia horizontalius laidų sluoksnius. Jei jūsų luste yra milijardai tranzistorių (iPhone 13 A15 procesorius turi 15 milijardų), jums reikia daugybės milijardų laidų, kad juos sujungtumėte. Kiekvienas atskiras štampas gali turėti kelis kilometrus ištempus laidų, todėl galime įsivaizduoti, kad BEOL procesai yra gana sudėtingi. Ant paties išorinio štampo sluoksnio (kartais jie naudos štampo užpakalinę ir priekinę dalį) dizaineriai uždeda mikroskopines pagalvėles, kurios naudojamos lustui sujungti su išoriniu pasauliu. 

Apdorojus plokštelę, kiekvienas lustas yra individualiai "zonduojamas" bandymo aparatu, siekiant išsiaiškinti, kurie iš jų yra geri. Jie išpjaunami ir sudedami į pakuotes. Paketas suteikia tiek fizinę lusto apsaugą, tiek galimybę prijungti elektrinius signalus prie skirtingų lusto grandinių. Supakuotas lustas gali būti dedamas ant elektroninių plokščių telefone, kompiuteryje, automobilyje ar kituose įrenginiuose. Kai kurie iš šių paketų turi būti sukurti ekstremalioms aplinkoms, pavyzdžiui, automobilio variklio skyriuje ar mobiliojo telefono bokšte. Kiti turi būti labai maži, kad būtų galima naudoti kompaktiškuose įrenginiuose. Visais atvejais pakuotės dizaineris turi atsižvelgti į tokius dalykus kaip medžiagos, kurias reikia naudoti, kad sumažintų įtempį ar štampėlio įtrūkimą, arba atsižvelgti į šiluminį plėtimąsi ir kaip tai gali paveikti lusto patikimumą.

Seniausia technologija, naudojama silicio lustui prijungti prie pakuotės viduje esančių laidų, buvo vielos sujungimas, žemos temperatūros suvirinimo procesas. Šiame procese labai ploni laidai (dažniausiai aukso arba aliuminio, nors naudojamas ir sidabras bei varis) viename gale sujungiami su metalinėmis lusto trinkelėmis, o kitame gale – prie metalinio rėmo, kuris veda į išorę, gnybtų. . Šis procesas buvo pradėtas šeštajame dešimtmetyje „Bell Labs“, kai esant aukštai taškinei temperatūrai į lustų pagalvėles buvo įspausti maži laideliai. Pirmosios mašinos, galinčios tai padaryti, pasirodė šeštojo dešimtmečio pabaigoje, o septintojo dešimtmečio viduryje ultragarsinis sujungimas buvo sukurtas kaip alternatyvi technika.

Istoriškai šis darbas buvo atliktas Pietryčių Azijoje, nes buvo gana daug darbo jėgos. Nuo to laiko buvo sukurtos automatizuotos mašinos, skirtos vielos sujungimui labai dideliu greičiu. Taip pat buvo sukurta daug kitų naujesnių pakavimo technologijų, įskaitant vieną, vadinamą „flip chip“. Šio proceso metu mikroskopiniai metaliniai stulpeliai nusodinami („atmušami“) ant lusto trinkelių, kol ji tebėra ant plokštelės, o po to, kai buvo išbandytas geras štampas, apverčiamas ir sulygiuojamas su suderintomis pakuotėje esančiomis trinkelėmis. Tada lydmetalis išlydomas perpylimo procese, kad sujungtų jungtis. Tai geras būdas vienu metu užmegzti tūkstančius jungčių, nors jūs turite atidžiai kontroliuoti dalykus, kad įsitikintumėte, jog visi ryšiai yra geri. 

Pastaruoju metu pakuotės sulaukė daug daugiau dėmesio. Taip yra dėl to, kad atsiranda naujų technologijų, taip pat naujų programų, skatinančių lustų naudojimą. Svarbiausias yra noras sudėti kelis lustus, pagamintus naudojant skirtingas technologijas, į vieną paketą, vadinamuosius sistemos pakete (SiP) lustus. Tačiau tai taip pat skatina noras derinti įvairių tipų įrenginius, pavyzdžiui, 5G anteną tame pačiame pakete kaip radijo lustas arba dirbtinio intelekto programas, kuriose integruojate jutiklius su skaičiavimo lustais. Didžiosios puslaidininkių liejyklos, tokios kaip TSMC, taip pat dirba su „lustais“ ir „fank out pakuotėmis“, o „Intel“
INTC
2019 m. „Lakefield“ mobiliajame procesoriuje įdiegta įterptoji daugiafunkcinė jungtis (EMIB) ir „Foveros“ štampavimo technologija.

Daugumą pakuočių atlieka trečiųjų šalių sutartiniai gamintojai, žinomi kaip „užsakomos surinkimo ir bandymo“ (OSAT) įmonės, o jų pasaulio centras yra Azijoje. Didžiausi OSAT tiekėjai yra Taivano ASE, Amkor Technology
AMKR
kurių būstinė yra Tempe, Arizonoje, Kinijos Jiangsu Changjiang Electronics Tech Company (JCET) (kuri prieš keletą metų įsigijo Singapūre įsikūrusią STATS ChipPac) ir Taivano Siliconware Precision Industries Co., Ltd. (SPIL), kurią ASE įsigijo m. 2015 m. Yra daug kitų mažesnių žaidėjų, ypač Kinijoje, kuri prieš keletą metų OSAT įvardijo kaip strateginę pramonės šaką.

Pagrindinė priežastis, dėl kurios pastaruoju metu buvo atkreiptas dėmesys į pakuotes, yra ta, kad pastarieji Covid-19 protrūkiai Vietname ir Malaizijoje labai prisidėjo prie puslaidininkių lustų tiekimo krizės paaštrėjimo: gamyklos buvo uždarytos arba sumažintas darbuotojų skaičius, dėl kurių vietos valdžios institucijos nutraukė arba savaitėms sumažino gamybą. laikas. Net jei JAV vyriausybė investuoja į subsidijas, kad skatintų vidaus puslaidininkių gamybą, dauguma tų gatavų lustų vis tiek bus pakuojami į Aziją, nes ten yra pramonė ir tiekėjų tinklai bei įgūdžių bazė. Taigi „Intel“ gamina mikroprocesorių lustus Hillsboro mieste, Oregone arba Chandleryje, Arizonoje, tačiau siunčia paruoštas plokšteles į gamyklas Malaizijoje, Vietname arba Čengdu, Kinijoje, kad būtų galima išbandyti ir supakuoti.

Ar JAV gali būti įvestas lustų pakavimas?

Atvežti drožlių pakuotes į JAV susiduriama su dideliais iššūkiais, nes didžioji pramonės dalis Amerikos krantus paliko beveik prieš pusę amžiaus. Šiaurės Amerikos dalis pasaulinės pakuočių gamybos yra tik apie 3%. Tai reiškia, kad tiekėjų tinklų, skirtų gamybos įrangai, cheminėms medžiagoms (pvz., substratams ir kitoms pakuotėse naudojamoms medžiagoms), švino rėmams ir, svarbiausia, patyrusių talentų, skirtų didelės apimties verslo daliai, tiekėjų tinklai JAV nebuvo. ilgas laikas. „Intel“ ką tik paskelbė apie 7 milijardų dolerių investiciją į naują pakuočių ir bandymų gamyklą Malaizijoje, tačiau taip pat paskelbė apie ketinimus investuoti 3.5 milijardo dolerių į Rio Rancho, Naujosios Meksikos valstijos „Foveros“ technologijos operacijas. „Amkor Technology“ taip pat neseniai paskelbė apie planus išplėsti pajėgumus Bac Ninh mieste, Vietname į šiaurės rytus nuo Hanojaus.

Didžioji šios JAV problemos dalis yra ta, kad pažangiai drožlių pakavimui reikia tiek daug gamybos patirties. Kai pirmą kartą pradėsite gamybą, geros gatavos supakuotos traškučių išeiga greičiausiai bus maža, o gamindami daugiau, nuolat tobulinate procesą ir išeiga gerėja. Dideli klientai paprastai nenorės rizikuoti naudodami naujus vietinius tiekėjus, kuriems gali prireikti daug laiko, kad pasiektų šią pajamingumo kreivę. Jei pakuočių išeiga maža, išmesite traškučius, kurie kitu atveju būtų geri. Kodėl pasinaudoti galimybe? Taigi, net jei gaminsime pažangesnius traškučius JAV, jie tikriausiai vis tiek bus pakuojami į Tolimuosius Rytus.

Boise, Aidaho valstijoje įsikūrusi „American Semiconductor, Inc.“ laikosi kitokio požiūrio. Generalinis direktorius Dougas Hackleris pritaria „perspektyviam perkėlimui, pagrįstam perspektyvia gamyba“. Užuot ieškoję tik aukščiausios klasės lustų pakuotės, pavyzdžiui, naudojamos pažangiems mikroprocesoriams ar 5G lustams, jo strategija yra naudoti naują technologiją ir pritaikyti ją seniems lustams, kur yra didelė paklausa, o tai leis įmonei praktikuoti savo procesus ir mokytis. Seni lustai taip pat yra daug pigesni, todėl derliaus praradimas nėra gyvybės ir mirties problema. Hackleris pabrėžia, kad 85% „iPhone 11“ lustų naudoja senesnes technologijas, pavyzdžiui, pagamintus 40 nm ar senesniuose puslaidininkiniuose mazguose (prieš dešimtmetį tai buvo populiariausia technologija). Iš tiesų, daugelis lustų trūkumo šiuo metu kamuoja automobilių pramonę, o kiti – skirti šiems seniems lustams. Tuo pat metu įmonė bando pritaikyti naujas technologijas ir automatizavimą surinkimo etapams, siūlydama itin plonas lustų masto pakuotes, kuriose naudojamas vadinamasis puslaidininkio polimero (SoP) procesas, kurio metu plokštelė, pilna štampo, yra sujungiama su nugarėlėje esantis polimeras ir uždedamas ant terminio perdavimo juostos. Išbandžius įprastais automatizuotais testeriais, lustai supjaustomi kubeliais ant juostelių laikiklių ir perkeliami į ritinius ar kitus formatus greitam automatiniam surinkimui. Hackleris mano, kad ši pakuotė turėtų būti patraukli daiktų interneto (IoT) įrenginių ir nešiojamų įrenginių gamintojams – dviem segmentams, kurie gali sunaudoti daug lustų, tačiau nėra tokie reiklūs silicio gamybai.

Hacklerio požiūris patrauklus yra du dalykai. Pirma, pripažinus paklausos svarbą didinti apimtį per jo gamybos liniją, bus užtikrinta, kad jie gaus daug praktikos didindami derlių. Antra, jie naudoja naują technologiją, o perėjimas prie technologijų dažnai yra galimybė atšaukti esamus operatorius. Nauji dalyviai neturi tokio bagažo, kad būtų susieti su esamais procesais ar įrenginiais. 

„American Semiconductor“ dar turi nuveikti ilgą kelią, tačiau tokie metodai ugdys buitinius įgūdžius ir yra praktiškas žingsnis siekiant pristatyti lustų pakuotes į JAV Nesitikėkite, kad vidaus pajėgumai bus greitai sukurti, bet tai nėra bloga vieta pradėti.