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o primeiro produto de embalagem lançado pela tsmc é o cowos (chip on wafer on substrate), que coloca chips lógicos e dram em um interposer de silício e depois os empacota no substrato. zhang zhongmou disse que, no futuro, o modelo de negócios da tsmc será fornecer um conjunto completo de serviços e realizar a produção e fabricação de todo o chip.

em 2016, a nvidia lançou o primeiro chip gráfico gp100 usando embalagem cowos, dando início à primeira onda de boom de inteligência artificial. depois, o google alphago derrotou o tpu 2.0 por trás do pacote cowos também produzido pela tsmc.

hoje, o cowos se tornou uma tecnologia que não pode ser contornada pelos chips de ia, e as embalagens avançadas também penetraram profundamente na indústria de semicondutores e se tornaram um campo quente que não é menos popular que os processos avançados.

mas para a tsmc, que lançou o foundry 2.0, o cowos por si só obviamente não é suficiente, especialmente considerando que a sua capacidade de produção é limitada e não consegue sequer satisfazer as necessidades da nvidia.necessita urgentemente de introduzir mais e melhores produtos de embalagem.

quando olhamos para todo o mercado de embalagens avançadas, descobrimos que, além das embalagens 2,5d e 3d que foram calorosamente discutidas no ano passado, várias novas tecnologias são mencionadas cada vez com mais frequência, os chips ai tornaram o cowos popular. agora trouxe para o palco o foplp e os substratos de vidro em embalagens avançadas.

aproveite a praia foplp

por que a embalagem fan-out panel-level (foplp) se tornou uma das favoritas entre os fabricantes?

em 2016, a tsmc começou a desenvolver a tecnologia fowlp (embalagem em nível de wafer fan-out) chamada info (embalagem fan-out integrada), que foi usada no chip a10 dos telefones celulares da série iphone 7, expulsando as fundições da samsung do fornecimento da apple. cadeia e, em seguida, a indústria de embalagens e testes seguiram os passos da tsmc e começaram a promover a solução fowlp, na esperança de atrair clientes a um custo menor.

no entanto, depois de alguns anos, a solução de embalagem fowlp não fez muitos avanços em termos de tecnologia. em termos de aplicações terminais, ainda permanece em produtos de processo maduros, como o pmic (ic de gerenciamento de energia), tornando difícil bater no. porta de mais clientes.

neste momento, a foplp subiu ao palco e passou do nível de wafer para o nível de painel. tem as vantagens de baixo custo unitário e embalagem de grande porte, e também atraiu a atenção dos fabricantes de chips de ia.

a principal diferença entre a embalagem em nível de wafer e a embalagem em nível de painel é que, em vez de remontar os chips cortados em um wafer, a primeira os remonta em um painel maior. isto permite que os fabricantes embalem um grande número de chips, reduzindo assim o custo do processo de embalagem. também melhora a eficiência da embalagem porque, através da embalagem em substrato quadrado, a área útil pode ser até sete vezes maior que a de um wafer circular de 12 polegadas, ou seja, mais chips podem ser colocados na mesma unidade de área.

fonte da imagem samsung

vale ressaltar que este mercado emergente está crescendo muito rapidamente. gabriela pereira, analista de embalagens de semicondutores do yole group, disse: “olhando para todo o mercado de embalagens fan-out, o fowlp continua sendo o tipo de operadora convencional, enquanto o foplp ainda é considerado um nicho de mercado em termos de receita, informou a yole intelligence no fan-. out packaging 2023 》o relatório estima que o tamanho do mercado foplp será de aproximadamente us$ 41 milhões em 2022 e deverá mostrar uma taxa composta de crescimento anual significativa de 32,5% nos próximos cinco anos, crescendo para us$ 221 milhões até 2028.

na verdade, a adoção da foplp crescerá mais rapidamente do que o mercado global de distribuição, com a sua quota de mercado em relação à fowlp a aumentar de 2% em 2022 para 8% em 2028. isto significa que se espera que a foplp cresça nos próximos anos à medida que mais linhas de produção de painéis sejam lançadas e rendimentos mais elevados conduzam a melhores eficiências de custos. "

a última boa notícia é que a nvidia pretende usar embalagens fan-out em nível de painel (comumente conhecidas como foplp) para os mais recentes chips blackwell. a capacidade de embalagem cowos da nvidia para produtos blackwell é pequena. do próximo ano (2025 2026) para começar a usar o foplp, em vez do calendário original de 2026. além disso, a amd também começou a entrar em contato com empresas relevantes para se preparar para usar o foplp em futuros chips de ia.

da mesma forma, um grupo de empresas taiwanesas de embalagens e testes está acelerando o desenvolvimento da foplp.

entre as fábricas de embalagens e testes de semicondutores de taiwan, licheng foi a primeira a investir no layout de linhas de produção em massa de foplp. começou a construir a primeira linha de produção de foplp do mundo na fábrica zhuke no. 3 em 2016 e lançou oficialmente a produção em massa em 2019. xie yongda, ceo da powercheng, disse que a powercheng está cerca de dois anos à frente da indústria e está otimista de que no futuro, na geração de ia, mais soluções foplp serão usadas em embalagens heterogêneas, que deverão dar frutos em 26 e 27 anos.

a innolux utiliza equipamentos de fábrica de 3,5 gerações que não têm valor para transformação. quase 70% dos equipamentos podem continuar a ser utilizados. atualmente é a linha de produção com maior tamanho de painel. a innolux investe na pesquisa e desenvolvimento da foplp há 8 anos. não só recebeu subsídios do projeto a+ do ministério de assuntos econômicos, mas também cooperou com o instituto de pesquisa industrial. espera-se que entre oficialmente na produção em massa no quarto. trimestre deste ano, e trará receitas no próximo ano.

de acordo com uma pesquisa realizada pela organização de pesquisa trendforce, existem três modelos principais para a introdução da tecnologia de embalagem foplp: primeiro, as fundições de embalagens e testes convertem os métodos de embalagem ic de consumo de embalagens tradicionais para foplp. em segundo lugar, as fundições profissionais de wafer e as fundições de empacotamento e teste empacotam gpus de ia e convertem o modelo de empacotamento 2,5d do nível do wafer para o nível do painel. terceiro, os fabricantes de painéis estão visando aplicações como gerenciamento de energia e cis de consumo.

e os grandes fabricantes também estão avançando muito rapidamente. o presidente da tsmc, wei zhejia, explicou o progresso do layout foplp pela primeira vez em uma recente conferência de imprensa. a tsmc estabeleceu uma equipe de pesquisa e desenvolvimento e linhas de produção.ainda está em sua infância e ele espera que a tecnologia amadureça em três anos, quando a tsmc terá capacidade de produção em massa.

imediatamente depois, na conferência de imprensa da ase investment holdings, o diretor de operações wu tianyu disse que a ase vem pesquisando soluções em nível de painel há mais de cinco anos, começando com 300mm×300mm e expandindo para 600mm×600mm no futuro.

fora de taiwan, a samsung da coreia do sul também está a promover intensamente a tecnologia de embalagem foplp.

há 8 anos, a samsung electro-mechanics desenvolveu a tecnologia foplp para o galaxy watch e iniciou a produção em massa em 2018. em 2019, a samsung electronics adquiriu a plp da samsung electro-mechanics por 785 bilhões de won (aproximadamente us$ 581 milhões de negócios, portanto). até agora, os chips do galaxy watch 6 ainda usam essa tecnologia, usando foplp combinado com tecnologia de empilhamento de pacotes (pop) para integrar cpu, pmic e dram ao chipset.

kyung-hyun kyung, ex-chefe da divisão de semicondutores (ds) da samsung electronics, explicou a necessidade da tecnologia plp na reunião de acionistas da empresa em março deste ano. “o tamanho dos substratos de chips ai é geralmente 600 mm x 600 mm ou 800 mm x 800 mm, o que requer tecnologias como plp”, disse ele, acrescentando: “a samsung electronics também está desenvolvendo e trabalhando com os clientes”.

atualmente, a samsung oferece foplp para aplicações que exigem integração de memória de baixo consumo de energia, como dispositivos móveis e vestíveis, e também planeja expandir sua tecnologia de empacotamento 2,5d i-cube para plp.

comparada com a tsmc e a samsung, a intel parece menos entusiasmada com o foplp. embora também tenha reservas técnicas relevantes, por enquanto não fez grandes movimentos no campo do foplp.

vale ressaltar que devido ao total de pedidos, a tsmc começou a expandir em grande escala suas fábricas de embalagens existentes, e até compra fábricas de embalagens de outras empresas a preços elevados para atender às necessidades dos clientes.

em agosto deste ano, a tsmc anunciou que havia adquirido a fábrica de painéis innolux nanke de 5,5 gerações (nanke fourth factory) e instalações auxiliares por aproximadamente us$ 528 milhões, e a transação está programada para ser concluída em novembro. de acordo com o anúncio, a área construída da fábrica equivale aproximadamente a mais de 96 mil metros quadrados. entende-se que as duas partes estão negociando a compra não apenas da nanke factory 4, mas também de duas fábricas. a próxima transação pode ser innolux nanke factory 5.

na lista de compra de equipamentos emitida pela tsmc, foi incluído o número ap 8, o que significa que após a construção de duas fábricas de embalagens no ap 7 da fábrica de chiayi, a antiga fábrica da innolux nanke será a próxima base de embalagens avançadas, e os planos para o próximo ano a instalação começará no primeiro trimestre e, dependendo do cronograma, poderá ser investido antes da nova planta de chiayi para apoiar a maior falta de capacidade de produção de cowos para a segunda planta subsequente, na qual a innolux pode estar interessada; cooperando com a tsmc na foplp.

entre os principais fabricantes, a foplp tornou-se um campo de batalha, mas para os chips de ia, esta tecnologia de embalagem por si só não é suficiente.

concurso de substrato de vidro

por que a foplp precisa de um substrato de vidro?

o foplp é caracterizado pelo uso de substratos maiores, mas os substratos plásticos tradicionais estão sujeitos a problemas de empenamento à medida que os ics se tornam cada vez mais grandes. à medida que muitos fabricantes de embalagens começam a usar substratos de grande porte, este problema está se tornando cada vez mais proeminente.

além do empenamento, os substratos plásticos (substratos de materiais orgânicos) estão constantemente se aproximando do limite de acomodação, principalmente suas superfícies rugosas, o que pode afetar negativamente o desempenho inerente dos circuitos ultrafinos. nesses casos, o vidro serve como novo material de substrato. entrou na indústria de semicondutores.

como nova solução, o substrato de vidro tem uma superfície mais lisa que o substrato de plástico, e o número de aberturas na mesma área é muito maior do que nos materiais orgânicos. é relatado que a distância entre o núcleo de vidro através dos orifícios pode ser inferior a 100 mícrons, o que pode aumentar diretamente a densidade de interconexão entre os chips em 10 vezes. o aumento da densidade de interconexão pode acomodar um número maior de transistores, permitindo projetos mais complexos e um uso mais eficiente do espaço;

ao mesmo tempo, o substrato de vidro tem melhor desempenho em termos de propriedades térmicas e estabilidade física, é mais resistente ao calor e não é propenso a empenamento ou deformação devido a altas temperaturas. além disso, as propriedades elétricas únicas do núcleo de vidro tornam; sua perda dielétrica é mais baixa, permitindo uma transmissão de sinal e energia mais clara. em comparação com o plástico abf, a espessura do substrato do núcleo de vidro pode ser reduzida em cerca de metade.

mas os substratos de vidro têm suas desvantagens. as folhas de vidro, que normalmente têm 100 µm ou menos de espessura, são propensas a rachar ou quebrar devido à pressão durante o transporte, manuseio e fabricação, exigindo equipamentos e processos especializados para usar e gerenciar esse material.

além disso, um obstáculo significativo enfrentado pelos substratos de vidro é a falta de padrões uniformes para o tamanho, espessura e propriedades do substrato de vidro. ao contrário dos wafers de silício, que seguem especificações globais precisas, os substratos de vidro atualmente carecem de dimensões e propriedades universalmente aceitas. defeitos padronizados complicam os problemas em fábricas de semicondutores, onde os fabricantes podem substituir substratos sem alterações significativas no processo. intimamente relacionada está a questão da compatibilidade, não apenas entre diferentes lotes de substratos de vidro, mas também entre os substratos e os dispositivos semicondutores que eles suportam. as propriedades elétricas e térmicas únicas do vidro devem ser compatíveis com os dispositivos semicondutores. desempenho são cuidadosamente combinados.

as características dos substratos de vidro fazem com que a indústria os procure, mas os desafios técnicos que trazem desencorajaram muitas pequenas e médias empresas. apenas alguns gigantes estão dispostos a ser os primeiros a comer caranguejos.

fonte da imagem intel

em setembro de 2023, a intel anunciou o lançamento de um dos primeiros substratos de vidro da indústria para embalagens avançadas de próxima geração, com lançamento previsto para a segunda metade desta década, entre 2026 e 2030.

“após uma década de pesquisa, a intel alcançou substratos de vidro para embalagens avançados líderes do setor”, disse babak sabi, vice-presidente sênior e gerente geral de montagem e desenvolvimento de testes da intel. “estamos ansiosos para lançar essas tecnologias de ponta que irão. permitirá que os principais players e clientes de fundição se beneficiem nas próximas décadas.”

entende-se que há 10 anos, a intel investiu us$ 1 bilhão em uma fábrica no arizona, eua, para estabelecer uma linha de pesquisa e desenvolvimento de substrato de vidro e uma cadeia de suprimentos. a intel tem uma longa história na promoção da próxima geração de embalagens, liderando a indústria de cerâmica. na década de 1990. a transformação de embalagens em embalagens orgânicas, assumindo a liderança na produção de embalagens halógenas e sem chumbo e inventando tecnologia avançada de embalagens com chips incorporados.

a samsung logo seguiu os passos da intel e entrou na competição. na ces 2024, em janeiro de 2024, a samsung electronics propôs estabelecer uma linha de produção de produtos de teste de substrato de vidro este ano, com o objetivo de produzir produtos de teste em 2025 e alcançar a produção em massa em 2026.

em março deste ano, a samsung electronics começou a desenvolver substratos de vidro em conjunto com grandes afiliadas de eletrônicos, como samsung electro-mechanics e samsung display deverá contribuir com sua tecnologia proprietária na combinação de semicondutores e substratos, enquanto a samsung display contribuirá. contribuir com artesanato em vidro. entende-se que esta é a primeira vez que a samsung electronics conduz pesquisas conjuntas sobre substratos de vidro com empresas de componentes eletrônicos como samsung electro-mechanics e samsung display.

é claro que a samsung e a intel não são as únicas empresas que trabalham na tecnologia de substrato de próxima geração.o fabricante japonês ibiden também se juntou ao trabalho de p&d e design baseado em vidro. a skc, uma subsidiária do grupo sk, estabeleceu uma subsidiária, absolux, para desenvolver novas capacidades de produção em massa. também afirmou que o vidro será o principal material para substratos de embalagens de semicondutores no futuro, e a empresa está considerando desenvolver substratos de vidro.

fora destes fabricantes, aquele que merece mais atenção é sem dúvida a tsmc.

embora a tsmc não tenha mencionado anteriormente a tecnologia de substratos de vidro, considerando o acúmulo da empresa na área de embalagens,é provável que já possua reservas técnicas relevantes,de acordo com relatos da mídia, há rumores na indústria de que a tsmc reiniciou a pesquisa e o desenvolvimento de substratos de vidro para atender às necessidades futuras da nvidia em termos de foplp.

além disso, os fabricantes de equipamentos semicondutores de taiwan também fizeram acordos antecipados. a titanium, que coopera com a intel há muitos anos, iniciou e reuniu cadeias de fornecimento relevantes para estabelecer a e-core system alliance de fornecedores de substrato de vidro, com a intenção de ganhar pedidos. da intel e tsmc.

para a indústria de embalagens, o foplp e o substrato de vidro são como dois lados de um corpo. se você deseja aplicar o foplp em grande escala, é necessário um substrato de embalagem maior, e os substratos de embalagem maiores não podem ignorar o substrato de vidro. a demanda por foplp continua se o preço subir, a produção em massa de substratos de vidro continuará a acelerar.

do wafer ao painel

na verdade, o foplp, como tecnologia derivada do fowlp, não recebeu muita atenção na fase inicial. por um lado, os produtos de aplicação são limitados. por outro lado, esta tecnologia testa não apenas as capacidades de embalagem dos fabricantes. mas também as capacidades do processo. veja, o foplp pode ser visto como uma tecnologia para fowlp e processamento de placas de circuito impresso, que muitas vezes requer a cooperação de fabricantes de duas indústrias diferentes para alcançar os resultados desejados.

esta é também a razão pela qual a intel e a samsung podem fazer o progresso mais rápido neste campo.o primeiro é o líder da indústria de semicondutores dos eua há muitos anos e controla a maior parte da cadeia de fornecimento de semicondutores dos eua, enquanto o último é um grupo enorme, envolvido em todos os aspectos da produção e fabricação de semicondutores, e pode resolver problemas mais rapidamente. .

e sem dúvida trouxeram mais pressão ao negócio de embalagens da tsmc à medida que o foplp e os substratos de vidro amadurecem gradualmente, é difícil garantir que fabricantes como nvidia e amd mudem para outros fabricantes de embalagens por razões técnicas.

além disso, o aumento do foplp e dos substratos de vidro também nos permite ver mais oportunidades para embalagens em nível de painel. como ambas as tecnologias usam tamanhos de painel semelhantes, elas são complementares em termos de aumento da densidade dos chips, redução de custos e melhoria da eficiência de fabricação. é muito provável que a futura indústria de embalagens se desenvolva nesta dimensão.

depois de redefinirem o cenário das embalagens avançadas, quem poderá colher mais dividendos?