Berita

Lonjakan permintaan chip berdampak pada rantai pasokan pengemasan IC, menyebabkan kekurangan kapasitas produksi tertentu, berbagai jenis paket, komponen utama, dan peralatan.

Kekurangan spot dalam kemasan muncul pada akhir 2020 dan sejak itu menyebar ke sektor lain.Sekarang ada berbagai titik tersedak dalam rantai pasokan.Kapasitas jaringan nirkabel dan flip-chip akan tetap ketat sepanjang tahun 2021, bersama dengan sejumlah jenis paket yang berbeda.Selain itu, komponen penting yang digunakan dalam paket IC, yaitu kerangka utama dan substrat, kekurangan pasokan.Kebakaran baru-baru ini di pabrik substrat pengemasan di Taiwan telah memperburuk masalah.Selain itu, wirebonders dan peralatan lainnya mengalami waktu tunggu pengiriman yang diperpanjang.

Secara umum, dinamika dalam pengemasan mencerminkan gambaran permintaan secara keseluruhan dalam bisnis semikonduktor.Mulai pertengahan tahun 2020, pasar server dan notebook meningkat, menciptakan permintaan yang sangat besar untuk berbagai chip dan paket untuk pasar tersebut.Selain itu, rebound yang tiba-tiba di sektor otomotif telah menjungkirbalikkan pasar, menyebabkan kelangkaan luas untuk chip dan kapasitas pengecoran.

Kekurangan di pasar semikonduktor dan pengemasan bukanlah hal baru dan terjadi selama siklus yang digerakkan oleh permintaan di industri IC.Yang berbeda adalah industri akhirnya mulai menyadari pentingnya pengemasan.Namun kerapuhan di beberapa bagian rantai pasokan pengemasan, terutama substrat, telah membuat banyak orang lengah.

Batasan rantai pasokan telah menyebabkan beberapa penundaan pengiriman, tetapi tidak jelas apakah masalah tersebut akan terus berlanjut.Tak perlu dikatakan, ada kebutuhan mendesak untuk menopang rantai pasokan pengemasan.Untuk satu hal, pengemasan memainkan peran yang lebih besar di seluruh industri.OEM menginginkan chip yang lebih kecil dan lebih cepat, yang membutuhkan paket IC baru dan lebih baik dengan kinerja kelistrikan yang baik.

Pada saat yang sama, pengemasan tingkat lanjut menjadi pilihan yang lebih layak untuk mengembangkan desain chip tingkat sistem yang baru.Manfaat daya dan kinerja penskalaan chip semakin berkurang di setiap node baru, dan biaya per transistor telah meningkat sejak diperkenalkannya finFET.Jadi sementara penskalaan tetap menjadi pilihan untuk desain baru, industri sedang mencari alternatif, dan menempatkan beberapa chip heterogen dalam paket lanjutan adalah salah satu solusinya.

“Orang-orang telah menyadari pentingnya pengemasan,” kata Jan Vardaman, presiden TechSearch International.“Ini diangkat ke diskusi di tingkat korporat di perusahaan dan perusahaan semikonduktor.Namun kami berada di titik kritis dalam industri kami di mana kami tidak dapat memenuhi permintaan tanpa rantai pasokan kami berada pada posisi yang baik. "

Untuk membantu industri mendapatkan beberapa wawasan di pasar, Teknik Semikonduktor telah melihat dinamika saat ini dalam pengemasan serta rantai pasokan, termasuk kapasitas, paket, dan komponen.

Boom chip / kemasan
Ini adalah perjalanan roller coaster di industri semikonduktor.Pada awal 2020, bisnis terlihat cerah, tetapi pasar IC turun di tengah wabah pandemi Covid-19.

Sepanjang tahun 2020 berbagai negara menerapkan sejumlah langkah untuk mengurangi wabah, seperti pesanan tinggal di rumah dan penutupan bisnis.Gejolak ekonomi dan kehilangan pekerjaan segera menyusul.

Tetapi pada pertengahan 2020, pasar IC bangkit kembali, karena ekonomi rumah tangga mendorong permintaan untuk komputer, tablet, dan TV.Pada tahun 2020, industri IC berakhir dengan catatan tinggi, karena penjualan chip tumbuh 8% selama 2019, menurut VLSI Research.

Momentum tersebut telah terbawa hingga paruh pertama tahun 2021. Secara total, pasar semikonduktor diproyeksikan tumbuh sebesar 11% pada tahun 2021, menurut VLSI Research.

“Kami melihat permintaan yang sangat besar, karena IoT, perangkat edge, dan perangkat pintar yang diaktifkan oleh 5G,” kata Tien Wu, chief operating officer di ASE, dalam panggilan konferensi baru-baru ini.“Dengan komputasi performa tinggi, cloud, e-commerce, serta latensi rendah 5G dan kecepatan data tinggi, kami melihat lebih banyak aplikasi untuk perangkat pintar, kendaraan listrik, dan semua aplikasi IoT.”

Tahun lalu, pasar otomotif lesu.Baru-baru ini, perusahaan otomotif telah melihat permintaan baru, tetapi mereka sekarang menghadapi gelombang kekurangan chip.Dalam beberapa kasus, pembuat mobil terpaksa menutup sementara pabrik tertentu.

Vendor IC dengan fabs, serta pengecoran, tidak dapat memenuhi permintaan di pasar otomotif dan lainnya.“Untuk sebagian besar kalender 2020, fab berjalan pada tingkat pemanfaatan yang sangat tinggi - fab 200mm dan 300mm - di hampir semua teknologi,” kata Walter Ng, wakil presiden pengembangan bisnis di UMC.“Segmen otomotif sama sekali tidak diunggulkan, karena semua segmen dan aplikasi tampaknya berjalan dengan pasokan yang terbatas.Banyak pabrik otomotif memang melakukan penutupan pabrik selama paruh kedua tahun lalu karena COVID.Kami mengamati banyak pemasok semikonduktor otomotif yang mengurangi atau berhenti memesan selama periode ini.Jika Anda mempertimbangkan hal ini, ditambah dengan praktik inventaris ramping industri otomotif, ini mungkin menjadi faktor yang berkontribusi terhadap kekurangan khusus otomotif yang kita lihat saat ini. ”

Ada beberapa tanda peringatan.“Kami melihat permintaan pemasok semikonduktor otomotif mulai berfluktuasi sekitar awal Q2 '20.Tidak sampai sekitar awal Q4'20 kami melihat permintaan pemasok semikonduktor otomatis mulai kembali ke tingkat permintaan yang lebih tipikal, ”kata Ng.“Sebagai tren umum, kami melihat pertumbuhan yang baik dalam elektronik otomotif, yang mencakup keseluruhan teknologi proses dari perangkat MOSFET diskrit 0,35 mikron hingga produk ADAS 28nm / 22nm dan segala sesuatu di antaranya, seperti kontrol bodi dan sasis, infotainment dan Wifi.Kami berharap konten semikonduktor untuk otomotif terus berkembang di masa mendatang. "

Semua pasar ini telah mendorong permintaan akan kapasitas pengemasan dan jenis pengemasan.Salah satu cara untuk mengukur kapasitas adalah dengan melihat tingkat pemanfaatan pabrik.

ASE, OSAT terbesar di dunia, mengalami peningkatan tingkat pemanfaatan pabrik secara keseluruhan dari 75% menjadi 80% pada kuartal pertama tahun 2020, menjadi sekitar 85% pada kuartal kedua tahun lalu.Pada kuartal ketiga dan keempat, tingkat pemanfaatan kemasan ASE sudah lebih dari 80%.

Pada paruh pertama tahun 2021, permintaan keseluruhan untuk kapasitas pengemasan tetap kuat dengan pasokan yang ketat terlihat di beberapa segmen.“Kami melihat kapasitas cukup ketat secara keseluruhan,” kata Prasad Dhond, wakil presiden produk BGA wirebond di Amkor.“Sebagian besar pasar akhir, kecuali otomotif, tetap kuat sepanjang 2020. Pada 2021, kami terus melihat kekuatan di pasar tersebut, dan otomotif juga telah pulih.Jadi, rebound otomatis menambah kendala kapasitas. "

Yang lainnya, termasuk vendor kemasan dalam negeri, juga melihat peningkatan permintaan.“Kapasitas pengemasan di Amerika Serikat tampaknya tetap stabil,” kata Rosie Medina, wakil presiden penjualan dan pemasaran di Quik-Pak."Setiap orang melakukan apa yang mereka bisa untuk mengelola permintaan yang meningkat."

Wirebond, kekurangan leadframe
Banyak jenis paket IC yang berbeda ada di pasaran, masing-masing ditargetkan untuk aplikasi yang berbeda.

Salah satu cara untuk membagi pasar pengemasan adalah dengan jenis interkoneksi, yang meliputi wirebond, flip-chip, wafer-level packaging (WLP), dan through-silicon vias (TSVs).Interkoneksi digunakan untuk menghubungkan satu die ke die lainnya dalam paket.TSV memiliki jumlah I / O tertinggi, diikuti oleh WLP, flip-chip, dan wirebond.

Sekitar 75% hingga 80% paket saat ini didasarkan pada pengikatan kabel, menurut TechSearch.Dikembangkan kembali pada tahun 1950-an, kawat bonder menjahit satu chip ke chip atau substrat lain menggunakan kabel kecil.Wire bonding terutama telah digunakan untuk paket lawas berbiaya rendah, paket midrange, dan penumpukan die memori.

Permintaan untuk kapasitas wirebond lesu pada paruh pertama tahun 2020, namun melonjak pada kuartal ketiga tahun 2020, menyebabkan kapasitas wirebond mengetat.Saat itu, ASE mengatakan kapasitas wirebond akan tetap ketat setidaknya hingga paruh kedua tahun 2021.

Tren lain juga muncul di pasar wirebond.“Jumlah stacked dies yang kami lakukan lebih banyak dari sebelumnya,” kata Wu ASE dalam panggilan konferensi pada kuartal ketiga tahun 2020. “Jadi dalam siklus khusus ini, bukan hanya volumenya.Ini juga jumlah cetakan, jumlah kabel, serta kerumitannya. "

Sejauh ini di tahun 2021, kapasitas wirebond terkendala karena booming di pasar otomotif dan lainnya.Juga menjadi lebih sulit untuk mendapatkan cukup wirebonders untuk memenuhi permintaan.

"Kapasitas tetap ketat," kata Wu ASE dalam panggilan konferensi baru-baru ini.“Terakhir kali, saya berkomentar bahwa kekurangan wirebond setidaknya sampai Q2 tahun ini.Saat ini, kami sedikit menyesuaikan pandangan kami.Kami yakin kekurangan wirebond akan terjadi sepanjang tahun 2021. ”

Di awal tahun 2020, pengadaan wirebonder relatif mudah.Karena permintaan meningkat pada akhir tahun 2020, waktu tunggu alat wirebonder diperpanjang menjadi enam hingga delapan bulan."Saat ini, waktu tunggu pengiriman alat berat lebih seperti enam hingga sembilan bulan," kata Wu.

Wirebonders digunakan untuk membuat beberapa jenis paket, seperti quad-flat no-lead (QFN), quad flat-pack (QFP), dan banyak lagi lainnya.

QFN dan QFP termasuk dalam kelompok leadframe jenis paket.Rangka utama, komponen penting untuk paket ini, pada dasarnya adalah rangka logam.Dalam proses produksi, cetakan dipasang ke bingkai.Memimpin dihubungkan ke cetakan menggunakan kabel tipis.

Gbr. 1: Paket QFN.

Gbr. 2: Tampak samping QFN.

“Biasanya, QFN adalah wirebond, meskipun Anda juga bisa mendesainnya untuk flip chip,” kata Quik-Pak's Medina.“Meskipun QFN flip chip bisa datang dalam ukuran / footprint yang lebih kecil daripada QFN wirebond, mereka sedikit lebih mahal untuk dibuat karena cetakannya perlu dibenturkan.Banyak pelanggan akan memilih QFN karena ukurannya yang kecil dan keefektifan biaya.Format QFN overmold tradisional merupakan pilihan ekonomis untuk banyak aplikasi.Ukuran khusus juga dapat dianggap ekonomis jika ukuran JEDEC standar tidak berlaku, seperti Paket Plastik Cetakan Terbuka (OmPP) kami.Ini hadir dalam berbagai format JEDEC dan konfigurasi khusus. ”

Paket leadframe digunakan untuk chip di pasar analog, RF, dan lainnya.“Kami melihat permintaan yang lebih kuat dari sebelumnya untuk paket QFN,” kata Medina.“Mereka digunakan di banyak pasar akhir, seperti medis, komersial, dan mil / aero.Perangkat genggam, perangkat yang dapat dikenakan, dan papan dengan banyak komponen adalah aplikasi utama ".

Namun, selama siklus boom, tantangannya adalah mendapatkan pasokan leadframe yang memadai dari pemasok pihak ketiga.Bisnis leadframe adalah segmen dengan margin rendah yang telah mengalami gelombang konsolidasi.Beberapa pemasok telah keluar dari bisnis ini.

Saat ini, permintaan tinggi untuk paket QFN, yang menciptakan kebutuhan akan lebih banyak kerangka timbal.Sementara beberapa rumah pengemasan mampu mengamankan kerangka timbal yang cukup, yang lain melihat kekurangan.

"Pasokan leadframe terbatas," kata Dhond dari Amkor.“Kapasitas pemasok tidak mampu memenuhi permintaan.Kenaikan harga logam mulia juga memengaruhi harga kerangka timbal. "

Pengemasan tingkat lanjut, masalah substrat
Permintaan juga kuat untuk banyak jenis paket lanjutan, terutama flip-chip ball grid array (BGA) dan paket skala chip flip-chip (CSP).Volume juga meningkat untuk 2.5D / 3D, fan-out, dan system-in-package (SiP).

Flip-chip adalah proses yang digunakan untuk mengembangkan BGA dan paket lainnya.Dalam proses flip-chip, tonjolan atau pilar tembaga terbentuk di atas sebuah chip.Perangkat dibalik dan dipasang pada dadu atau papan terpisah.Benjolan itu mendarat di bantalan tembaga, membentuk sambungan listrik.

Gbr. 3: Tampak samping dudukan flip-chip

Didorong oleh otomotif, komputasi, notebook, dan produk lainnya, pasar kemasan BGA flip-chip diperkirakan akan tumbuh dari $ 10 miliar pada tahun 2020 menjadi $ 12 miliar pada tahun 2025, menurut Yole Développement.

“Kapasitas keseluruhan untuk produk flip-chip akan terus berjalan pada pemanfaatan tinggi pada 2021, dengan waktu tunggu peralatan mendorong lebih dari 2X lipat dari yang biasanya kami alami,” kata Roger St. Amand, wakil presiden senior di Amkor.“Berdasarkan prakiraan yang tersedia, kami memperkirakan tren ini akan berlanjut hingga 2021, dan hingga 2022, didorong oleh permintaan yang lebih tinggi di segmen pasar komunikasi, komputasi, dan otomotif.Secara umum, kami melihat tren ini di semua teknologi paket flip-chip. ”

Sementara itu, paket fan-out dan fan-in didasarkan pada teknologi yang disebut WLP.Dalam salah satu contoh fan-out, dadu memori ditumpuk pada chip logika dalam sebuah paket.Fan-in, terkadang disebut CSP, digunakan untuk IC manajemen daya dan chip RF.Secara total, pasar WLP diproyeksikan tumbuh dari $ 3,3 miliar pada 2019 menjadi $ 5,5 miliar pada 2025, menurut Yole.

Paket 2.5D / 3D digunakan di server kelas atas dan produk lainnya.Dalam 2.5D, cetakan ditumpuk atau ditempatkan berdampingan di atas interposer, yang menggabungkan TSV.

Sementara itu, SiP adalah paket khusus, yang terdiri dari subsistem elektronik fungsional.“Kami melihat berbagai macam proyek SiP baru yang mencakup fotonik optik, audio, dan silikon, serta banyak perangkat tepi telepon pintar,” kata Wu dari ASE.

Banyak dari jenis paket lanjutan ini menggunakan substrat laminasi, yang jumlahnya terbatas.Paket lain tidak memerlukan substrat.Ini tergantung aplikasinya.

Substrat berfungsi sebagai alas dalam sebuah paket, dan ini menghubungkan chip ke papan dalam suatu sistem.Substrat terdiri dari beberapa lapisan, yang masing-masing menggabungkan jejak logam dan vias.Lapisan perutean ini menyediakan koneksi listrik dari chip ke papan.

Substrat laminasi adalah produk dua sisi atau multi-lapisan.Beberapa paket memiliki dua lapisan dua sisi, sedangkan produk yang lebih kompleks memiliki 18 hingga 20 lapisan.Substrat laminasi didasarkan pada berbagai set material, seperti material build-up Ajinomoto (ABF) dan BT-resin.

Umumnya dalam supply chain, packaging house membeli substrat dari berbagai pemasok pihak ketiga, seperti Ibiden, Kinsus, Shinko, Unimicron, dan lainnya.

Masalah mulai muncul tahun lalu ketika permintaan melonjak untuk substrat laminasi, menyebabkan ketatnya pasokan untuk produk-produk ini.Masalah meningkat akhir tahun lalu, ketika kebakaran terjadi di pabrik manufaktur milik Unimicron Taiwan.Unimicron memindahkan produksi ke fasilitas lain, tetapi beberapa pelanggan masih tidak dapat memperoleh substrat yang cukup untuk memenuhi permintaan.

Kebakaran lain terjadi di pabrik Unimicron yang sama dalam beberapa pekan terakhir, ketika para pekerja sedang membersihkan pabrik.Namun, pada saat itu, pabrik tersebut tidak berproduksi.

Permintaan yang sedang berlangsung, ditambah dengan berbagai hambatan dalam rantai pasokan, membuat situasi substrat menjadi jauh lebih buruk pada tahun 2021. Dalam beberapa kasus, harga substrat meningkat dengan waktu tunggu yang diperpanjang.

“Mirip dengan apa yang kami alami untuk peralatan, kami melihat peningkatan yang cukup besar dalam waktu tunggu substrat flip-chip,” kata Amkor's St. Amand.“Dalam beberapa kasus, waktu tunggu media meningkat hingga lebih dari 4X lipat dari yang biasanya terlihat di industri.Tren ini didorong terutama oleh permintaan yang lebih tinggi secara berkelanjutan untuk substrat berbadan besar dan substrat ABF tunggal dengan jumlah lapisan tinggi untuk sektor komputasi.Selain itu, kami melihat pemulihan yang kuat dari industri otomotif, yang dalam beberapa kasus bersaing langsung dengan permintaan yang disebutkan di atas untuk substrat komputasi kelas atas.Kami juga melihat peningkatan permintaan untuk substrat PPG berbasis strip yang digunakan untuk produk berbadan kecil di segmen komunikasi, konsumen, dan otomotif. ”

Sementara itu, industri sedang mengerjakan solusi untuk memecahkan masalah, tetapi pendekatan ini mungkin gagal.“Saya berpendapat bahwa model bisnis untuk substrat paket IC pada dasarnya rusak,” kata Vardaman dari TechSearch.“Kami perlu memiliki semacam pendekatan baru dalam hubungan bisnis ini untuk menjamin pasokan.Kami telah mengalahkan pemasok substrat yang buruk ini secara praktis sampai mati dalam hal harga.Mereka belum mampu mempertahankan margin mereka.Ini bukan situasi yang sehat. "

Tidak ada perbaikan cepat di sini.Pemasok substrat dapat dengan mudah menaikkan harga produk mereka untuk meningkatkan margin mereka, tetapi ini tidak menyelesaikan masalah kapasitas.

Solusi lain yang mungkin adalah vendor substrat untuk membangun lebih banyak kapasitas produksi untuk memenuhi permintaan.Tetapi jalur produksi substrat lanjutan skala besar menghabiskan biaya sekitar $ 300 juta.

“Tingkat investasi yang dibutuhkan bukanlah sesuatu yang nyaman dilakukan oleh perusahaan substrat ini jika mereka tidak berpikir kapasitasnya akan digunakan dalam dua atau tiga tahun,” kata Vardaman.“Mereka perlu mendapatkan laba atas investasi mereka, dan itu akan sangat sulit dilakukan jika mereka berpikir akan ada penurunan permintaan.Dan apa yang terjadi jika mereka berinvestasi dalam kapasitas yang terlalu banyak, lalu harga jatuh?Mereka tidak bisa kembali dan margin mereka menderita.Jadi ini situasi yang sangat sulit.Saya akan mengatakan bahwa kami berada dalam situasi yang sangat buruk di industri kami karena ini. "

Pilihan yang lebih murah adalah dengan meningkatkan hasil pada jalur substrat yang ada, memungkinkan lebih banyak produk yang dapat digunakan.Tetapi vendor perlu berinvestasi lebih banyak pada peralatan metrologi yang baru dan mahal.

Rumah pengemasan juga mencari solusi yang berbeda.Yang paling jelas adalah mendapatkan substrat dari vendor yang berbeda.Tetapi dibutuhkan 25 minggu atau $ 250.000 untuk memenuhi syarat vendor substrat baru, menurut Vardaman.

Alternatifnya, rumah pengemasan dapat mengembangkan dan menjual lebih banyak paket IC tanpa substrat.Tetapi banyak sistem memerlukan paket dengan substrat, yang dalam beberapa kasus lebih kuat dan andal.

Situasinya bukannya tanpa harapan.Rumah pengemasan perlu bekerja lebih dekat dengan pemasok mereka.“Kami bekerja dengan pelanggan kami untuk mendapatkan perkiraan jangka panjang untuk memesan material,” kata Dhond dari Amkor."Kami mengkualifikasikan sumber kedua untuk memastikan pasokan jika sesuai."

Ini juga menciptakan beberapa peluang baru.Quik-Pak tahun lalu meluncurkan desain substrat, fabrikasi, dan layanan perakitan.Dengan layanan ini, perusahaan mendukung berbagai jenis substrat paket.“Kami benar-benar melihat peningkatan permintaan untuk layanan pengembangan substrat kami, di mana kami menciptakan solusi siap pakai untuk rakitan berbasis substrat untuk mengakomodasi kebutuhan pengemasan pelanggan kami,” kata Quik-Pak's Medina.“Kemampuan kami untuk mengumpulkan permintaan pelanggan bersama-sama dan memanfaatkan harga serta waktu tunggu untuk memilih mitra hebat yang tepat sangat penting untuk menjaga pasokan substrat dalam jadwal pengiriman yang wajar.Vendor di Amerika Serikat dapat mempersingkat waktu tunggu hingga lebih dari 50%. ”

Kesimpulan
Jelas, permintaan akan kemasan meroket, tetapi industri harus memperkuat rantai pasokan.Jika tidak, vendor pengemasan akan menghadapi lebih banyak penundaan, jika tidak kehilangan peluang.

Sisi negatifnya adalah semua ini akan membutuhkan lebih banyak investasi, dan konsolidasi basis vendor di segmen tertentu mungkin diperlukan untuk mencapai skala tertentu.Tapi itu juga membuka pintu ke pendekatan baru dan lebih inovatif, yang akan sangat penting untuk membuat ini berhasil. (Mark LaPedus)