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il primo prodotto di packaging lanciato da tsmc è cowos (chip on wafer on substrate), che posiziona chip logici e dram su un interpositore di silicio e poi li impacchetta sul substrato. zhang zhongmou ha affermato che in futuro il modello di business di tsmc sarà quello di fornire una serie completa di servizi e realizzare la produzione e la fabbricazione dell'intero chip.

nel 2016 nvidia ha lanciato il primo chip grafico gp100 utilizzando il packaging cowos, dando il via alla prima ondata di boom dell'intelligenza artificiale. successivamente, google alphago ha sconfitto il tpu 2.0 dietro ke jie. anche il packaging cowos utilizzato è stato prodotto da tsmc.

oggi, cowos è diventata una tecnologia che non può essere aggirata dai chip ai, e anche il packaging avanzato è penetrato profondamente nel settore dei semiconduttori ed è diventato un campo caldo non meno popolare dei processi avanzati.

ma per tsmc, che ha lanciato foundry 2.0, cowos da solo non è ovviamente sufficiente, soprattutto considerando che la sua capacità produttiva è limitata e non riesce nemmeno a soddisfare le esigenze di nvidia.è urgentemente necessario introdurre prodotti di imballaggio più numerosi e migliori.

se guardiamo all’intero mercato degli imballaggi avanzati, scopriremo che oltre agli imballaggi 2.5d e 3d di cui si è discusso molto nell’ultimo anno, vengono menzionate sempre più spesso diverse nuove tecnologie che hanno reso popolare cowos. ora ha portato sul palco il foplp e i substrati di vetro in imballaggi avanzati.

cogli la spiaggia foplp

perché il fan-out panel-level packaging (foplp) è diventato uno dei preferiti dai produttori?

nel 2016, tsmc ha iniziato a sviluppare la tecnologia fowlp (fan-out wafer-level packaging) denominata info (integrated fan-out packaging), che è stata utilizzata sul chip a10 dei telefoni cellulari della serie iphone 7, eliminando le fonderie samsung dalla fornitura di apple. catena, e poi l'industria dell'imballaggio e dei test ha seguito le orme di tsmc e ha iniziato a promuovere la soluzione fowlp, sperando di attirare clienti a un costo inferiore.

tuttavia, dopo alcuni anni, la soluzione di packaging fowlp non ha fatto grandi progressi in termini di tecnologia. in termini di applicazioni terminali, rimane ancora su prodotti di processo maturi come pmic (ic di gestione dell'alimentazione), rendendo difficile l'accesso al mercato. porta di più clienti.

in questo momento, foplp è salito sul palco ed è passato dal livello del wafer al livello del pannello. presenta i vantaggi di un basso costo unitario e di un imballaggio di grandi dimensioni e ha anche attirato l'attenzione dei produttori di chip ai.

la differenza principale tra il confezionamento a livello di wafer e quello a livello di pannello è che invece di riassemblare i chip tagliati su un wafer, il primo li riassembla su un pannello più grande. ciò consente ai produttori di confezionare un gran numero di chip, riducendo così il costo del processo di confezionamento. migliora anche l'efficienza dell'imballaggio poiché, attraverso l'imballaggio su un substrato quadrato, l'area utilizzabile può essere fino a sette volte quella di un wafer circolare da 12 pollici, ovvero è possibile posizionare più chip nella stessa area unitaria.

fonte immagine samsung

vale la pena ricordare che questo mercato emergente sta crescendo molto rapidamente. gabriela pereira, analista di packaging per semiconduttori presso yole group, ha dichiarato: “guardando all’intero mercato degli imballaggi fan-out, fowlp rimane il tipo di vettore principale, mentre foplp è ancora considerato un mercato di nicchia in termini di entrate, ha riportato yole intelligence in fan-. out packaging 2023 》il rapporto stima che la dimensione del mercato foplp sarà di circa 41 milioni di dollari nel 2022 e si prevede che mostrerà un tasso di crescita annuale composto significativo del 32,5% nei prossimi cinque anni, crescendo fino a 221 milioni di dollari entro il 2028.

in effetti, l’adozione del foplp crescerà più rapidamente rispetto al mercato fan-out complessivo, con una quota di mercato relativa al fowlp che passerà dal 2% nel 2022 all’8% nel 2028. ciò significa che si prevede che la foplp crescerà nei prossimi anni man mano che verranno lanciate più linee di produzione di pannelli e rendimenti più elevati porteranno a una migliore efficienza dei costi. "

l'ultima buona notizia è che nvidia intende utilizzare un packaging fan-out a livello di pannello (comunemente noto come foplp) per gli ultimi chip blackwell. la capacità di packaging cowos di nvidia per i prodotti blackwell è limitata. si dice che anche blackwell gb200 potrebbe essere rilasciato in anticipo del prossimo anno (2025-2026) per iniziare a utilizzare la foplp, anziché il calendario originale del 2026. inoltre, amd ha anche iniziato a contattare le aziende interessate per prepararsi a utilizzare foplp nei futuri chip ai.

di conseguenza, un gruppo di aziende taiwanesi di confezionamento e test sta accelerando lo sviluppo del foplp.

tra le fabbriche di confezionamento e collaudo di semiconduttori di taiwan, licheng è stata la prima a investire nella realizzazione di linee di produzione di massa foplp. ha iniziato a costruire la prima linea di produzione foplp al mondo presso la fabbrica n. 3 di zhuke nel 2016 e ha lanciato ufficialmente la produzione di massa nel 2019. xie yongda, ceo di powercheng, ha affermato che powercheng è circa due anni avanti rispetto al settore ed è ottimista sul fatto che in futuro, nella generazione dell'intelligenza artificiale, verranno utilizzate più soluzioni foplp in imballaggi eterogenei, che dovrebbero dare i loro frutti nel 26 e 27 anni.

innolux utilizza apparecchiature di fabbrica di 3,5 generazioni che non hanno alcun valore da trasformare. quasi il 70% delle apparecchiature può continuare a essere utilizzato. attualmente è la linea di produzione con la dimensione dei pannelli più grande. innolux investe nella ricerca e nello sviluppo di foplp da 8 anni. non solo ha ricevuto sussidi dal progetto a+ del ministero degli affari economici, ma ha anche collaborato con l'istituto di ricerca industriale. si prevede che entrerà ufficialmente nella produzione di massa nel quarto trimestre di quest'anno, e porterà entrate l'anno prossimo. arriva a un contributo da 1 a 2 punti percentuali.

secondo un sondaggio condotto dall'organizzazione di ricerca trendforce, esistono tre modelli principali per l'introduzione della tecnologia di imballaggio foplp: in primo luogo, le fonderie di imballaggio e test convertono i metodi di imballaggio dei circuiti integrati di consumo dall'imballaggio tradizionale al foplp. in secondo luogo, le fonderie di wafer professionali e le fonderie di confezionamento e test confezionano gpu ai e convertono il modello di packaging 2.5d dal livello del wafer al livello del pannello. in terzo luogo, i produttori di pannelli stanno prendendo di mira applicazioni come la gestione dell’energia e i circuiti integrati di consumo.

e anche i grandi produttori si stanno muovendo molto rapidamente. il presidente di tsmc wei zhejia ha spiegato per la prima volta i progressi del layout foplp in una recente conferenza stampa. tsmc ha creato un team di ricerca e sviluppo e linee di produzione.è ancora agli inizi e si aspetta che la tecnologia maturi entro tre anni, quando tsmc avrà capacità di produzione di massa.

subito dopo, alla conferenza stampa di ase investment holdings, il direttore operativo wu tianyu ha affermato che ase ricerca soluzioni a livello di pannello da più di cinque anni, iniziando con 300 mm×300 mm e espandendosi fino a 600 mm×600 mm in futuro.

al di fuori di taiwan, anche la sudcoreana samsung sta promuovendo intensamente la tecnologia di imballaggio foplp.

già 8 anni fa, samsung electro-mechanics ha sviluppato la tecnologia foplp per galaxy watch e ha avviato la produzione di massa nel 2018. nel 2019, samsung electronics ha acquisito plp da samsung electro-mechanics per 785 miliardi di won (circa 581 milioni di dollari). finora, i chip galaxy watch 6 utilizzano ancora questa tecnologia, utilizzando foplp combinato con la tecnologia pop (package stacking) per integrare cpu, pmic e dram nel chipset.

kyung-hyun kyung, ex capo della divisione semiconduttori (ds) di samsung electronics, ha spiegato la necessità della tecnologia plp all'assemblea degli azionisti della società nel marzo di quest'anno. "la dimensione dei substrati dei chip ai è solitamente 600 mm x 600 mm o 800 mm x 800 mm, il che richiede tecnologie come plp", ha affermato, aggiungendo: "anche samsung electronics sta sviluppando e lavorando con i clienti."

samsung attualmente offre foplp per applicazioni che richiedono l'integrazione di memoria a basso consumo, come dispositivi mobili e indossabili, e prevede inoltre di espandere la sua tecnologia di packaging 2.5d i-cube a plp.

rispetto a tsmc e samsung, intel sembra meno entusiasta del foplp anche se dispone di riserve tecniche rilevanti, per ora non ha fatto grandi passi avanti nel campo del foplp.

vale la pena ricordare che, a causa degli ordini completi, tsmc ha iniziato ad espandere gli impianti di imballaggio esistenti su larga scala e, per soddisfare le esigenze dei clienti, acquista persino impianti di imballaggio da altre società a prezzi elevati.

nell’agosto di quest’anno, tsmc ha annunciato di aver acquistato la fabbrica di pannelli innolux nanke di generazione 5,5 (nanke fourth factory) e le strutture ausiliarie per circa 528 milioni di dollari, e la transazione dovrebbe essere completata a novembre. secondo l'annuncio, l'area edificabile della fabbrica equivale a circa 96.000 metri quadrati. resta inteso che le due parti stanno trattando per l'acquisto non solo della nanke factory 4, ma anche di due fabbriche la prossima transazione potrebbe essere innolux nanke factory 5.

nella lista di acquisto delle attrezzature emessa da tsmc, è stato incluso il numero ap 8, il che significa che dopo la costruzione di due impianti di imballaggio nell'ap 7 dello stabilimento di chiayi, il vecchio stabilimento innolux nanke sarà la prossima base di imballaggio avanzato, e i piani per il prossimo anno inizieranno nel primo trimestre e, a seconda del programma, gli investimenti potrebbero essere effettuati prima del nuovo stabilimento di chiayi per supportare la capacità produttiva più carente di cowos per il secondo stabilimento successivo, a cui innolux potrebbe essere interessata collaborare con tsmc su foplp.

tra i principali produttori, il foplp è diventato un campo di battaglia, ma per i chip ai questa tecnologia di packaging da sola non è sufficiente.

concorso sul substrato di vetro

perché foplp necessita di un substrato di vetro?

il foplp è caratterizzato dall'uso di substrati più grandi, ma i substrati di plastica tradizionali sono soggetti a problemi di deformazione man mano che i circuiti integrati diventano sempre più grandi. poiché molti produttori di imballaggi iniziano a utilizzare substrati di grandi dimensioni, questo problema sta diventando sempre più evidente.

oltre alla deformazione, i substrati di plastica (substrati di materiale organico), in particolare le loro superfici ruvide, si avvicinano costantemente al limite di adattamento, il che può influire negativamente sulle prestazioni intrinseche dei circuiti ultrafini. in questi casi, il vetro funge da nuovo materiale di substrato è entrato nel settore dei semiconduttori.

come nuova soluzione, il substrato di vetro ha una superficie più liscia rispetto al substrato di plastica e il numero di aperture nella stessa area è molto maggiore di quello dei materiali organici. è stato riferito che la distanza tra i fori passanti del nucleo di vetro può essere inferiore a 100 micron, il che può aumentare direttamente la densità di interconnessione tra i chip di 10 volte. una maggiore densità di interconnessione può ospitare un numero maggiore di transistor, consentendo progetti più complessi e un uso più efficiente dello spazio;

allo stesso tempo, il substrato di vetro offre prestazioni migliori in termini di proprietà termiche e stabilità fisica, è più resistente al calore e non è soggetto a deformazioni o deformazioni dovute alle alte temperature, inoltre, le proprietà elettriche uniche del nucleo di vetro; la sua perdita dielettrica è più bassa, consentendo una trasmissione del segnale e della potenza più chiara. rispetto alla plastica abf, lo spessore del substrato del nucleo di vetro può essere ridotto di circa la metà. l'assottigliamento può anche migliorare la velocità di trasmissione del segnale e l'efficienza energetica.

ma i substrati di vetro non sono esenti da inconvenienti. le lastre di vetro, che in genere hanno uno spessore di 100 µm o meno, sono soggette a crepe o frantumi a causa della pressione durante il trasporto, la movimentazione e la produzione, richiedendo attrezzature e processi specializzati per utilizzare e gestire questo materiale.

inoltre, un ostacolo significativo che i substrati di vetro devono affrontare è la mancanza di standard uniformi per le dimensioni, lo spessore e le proprietà del substrato di vetro. a differenza dei wafer di silicio, che seguono precise specifiche globali, i substrati di vetro attualmente non hanno dimensioni e proprietà universalmente accettate. i difetti standardizzati complicano i problemi nelle fabbriche di semiconduttori dove i produttori possono sostituire i substrati senza modifiche significative al processo. strettamente correlato è il problema della compatibilità, non solo tra diversi lotti di substrati di vetro, ma anche tra i substrati e i dispositivi a semiconduttore che supportano. le proprietà elettriche e termiche uniche del vetro devono essere compatibili con i dispositivi a semiconduttore le prestazioni sono attentamente abbinate.

le caratteristiche dei substrati di vetro spingono l’industria ad affluirvi, ma le sfide tecniche che comportano hanno scoraggiato molte piccole e medie imprese. solo pochi giganti sono disposti a essere i primi a mangiare i granchi.

fonte immagine intel

nel settembre 2023, intel ha annunciato il lancio di uno dei primi substrati in vetro del settore per imballaggi avanzati di prossima generazione, il cui lancio è previsto nella seconda metà di questo decennio, tra il 2026 e il 2030.

"dopo un decennio di ricerca, intel ha ottenuto substrati di vetro per imballaggi avanzati e leader del settore", ha affermato babak sabi, vicepresidente senior e direttore generale dello sviluppo di assemblaggio e test di intel. "non vediamo l'ora di lanciare queste tecnologie all'avanguardia permetterci ai principali attori e ai clienti delle fonderie di trarne vantaggio nei prossimi decenni”.

resta inteso che 10 anni fa intel ha investito 1 miliardo di dollari in una fabbrica in arizona, negli stati uniti, per creare una linea di ricerca e sviluppo e una catena di fornitura per substrati di vetro. intel ha una lunga storia nella promozione della prossima generazione di imballaggi, leader del settore dalla ceramica negli anni '90. la trasformazione dall'imballaggio all'imballaggio biologico, assumendo l'iniziativa nella realizzazione di imballaggi alogeni e senza piombo e inventando una tecnologia avanzata di imballaggio con chip incorporato.

samsung seguì presto le orme di intel e si unì alla concorrenza. al ces 2024, nel gennaio 2024, samsung electronics ha proposto di istituire quest'anno una linea di produzione di prodotti di prova con substrato di vetro, con l'obiettivo di produrre prodotti di prova nel 2025 e raggiungere la produzione di massa nel 2026.

nel marzo di quest'anno, samsung electronics ha iniziato a sviluppare congiuntamente substrati di vetro con importanti affiliate nel settore dell'elettronica come samsung electro-mechanics e samsung display dovrebbe contribuire con la sua tecnologia proprietaria nella combinazione di semiconduttori e substrati, mentre samsung display lo farà. contribuire all'artigianato del vetro. resta inteso che questa è la prima volta che samsung electronics conduce una ricerca congiunta sui substrati di vetro con aziende di componenti elettronici come samsung electro-mechanics e samsung display.

naturalmente, samsung e intel non sono le uniche aziende che lavorano sulla tecnologia dei substrati di prossima generazione.anche il produttore giapponese ibiden si è unito al design basato sul vetro e al lavoro di ricerca e sviluppo skc, una filiale di sk group, ha creato una filiale, absolux, per sviluppare nuove capacità di produzione di massa e ha stabilito partnership con aziende come amd e lg innotek ha inoltre affermato che in futuro il vetro sarà il materiale principale per i substrati degli imballaggi dei semiconduttori e l'azienda sta valutando la possibilità di sviluppare substrati in vetro.

al di fuori di questi produttori, quello che merita più attenzione è senza dubbio tsmc.

sebbene tsmc non abbia menzionato in precedenza la tecnologia dei substrati di vetro, considerando la consolidata esperienza dell’azienda nel settore del packaging,è probabile che disponga già di riserve tecniche rilevanti,secondo i resoconti dei media, ci sono voci nel settore secondo cui tsmc avrebbe riavviato la ricerca e lo sviluppo di substrati di vetro per soddisfare le future esigenze di nvidia per foplp.

inoltre, i produttori di apparecchiature per semiconduttori di taiwan hanno anche preso accordi in anticipo titanium, che collabora con intel da molti anni, ha avviato e riunito catene di fornitura pertinenti per costituire l'e-core system alliance di fornitori di substrati di vetro, con l'intenzione di acquisire ordini. da intel e tsmc.

per l'industria dell'imballaggio, il foplp e il substrato di vetro sono come due lati di un unico corpo. se si desidera applicare il foplp su larga scala, è necessario un substrato di imballaggio più grande e i substrati di imballaggio più grandi non possono bypassare il substrato di vetro per tutta la durata dell'applicazione la domanda di foplp continua se il prezzo aumenta, la produzione di massa di substrati di vetro continuerà ad accelerare.

dal wafer al pannello

in effetti, la foplp, in quanto tecnologia derivata dalla fowlp, non ha ricevuto molta attenzione nella fase iniziale. da un lato, i prodotti applicativi sono limitati, dall'altro questa tecnologia mette alla prova non solo le capacità di confezionamento dei produttori. ma anche le capacità del processo. guarda, foplp può essere vista come una tecnologia per il fowlp e la lavorazione dei circuiti stampati, che spesso richiede la collaborazione di produttori di due settori diversi per ottenere i risultati desiderati.

questo è anche il motivo per cui intel e samsung riescono a fare i progressi più rapidi in questo campo.il primo è da molti anni leader dell’industria dei semiconduttori statunitense e controlla la maggior parte della catena di fornitura dei semiconduttori statunitense, mentre il secondo è un gruppo enorme di per sé, coinvolto in tutti gli aspetti della produzione e della fabbricazione dei semiconduttori e può risolvere i problemi più rapidamente .

e hanno senza dubbio esercitato una maggiore pressione sul business degli imballaggi di tsmc con la graduale maturazione dei substrati in vetro e foplp, è difficile garantire che produttori come nvidia e amd passino ad altri produttori di imballaggi per motivi tecnici.

inoltre, l’aumento del foplp e dei substrati di vetro ci consente anche di vedere maggiori opportunità per l’imballaggio a livello di pannello. poiché entrambe le tecnologie utilizzano dimensioni di pannello simili, sono complementari in termini di aumento della densità dei trucioli, riduzione dei costi e miglioramento dell’efficienza produttiva è molto probabile che il futuro settore dell’imballaggio si svilupperà in questa dimensione.

dopo aver ridefinito il panorama del packaging avanzato, chi potrà raccogliere i maggiori dividendi?