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el primer producto de embalaje lanzado por tsmc es cowos (chip on wafer on substrate), que coloca chips lógicos y dram en un intercalador de silicio y luego los empaqueta en el sustrato. zhang zhongmou dijo que en el futuro, el modelo de negocio de tsmc será proporcionar un conjunto completo de servicios y realizar la producción y fabricación de todo el chip.

en 2016, nvidia lanzó el primer chip gráfico gp100 con empaque cowos, iniciando la primera ola de auge de la inteligencia artificial. luego, google alphago derrotó al tpu 2.0 detrás de ke jie. el empaque cowos también fue producido por tsmc.

hoy en día, cowos se ha convertido en una tecnología que los chips de ia no pueden eludir, y el empaquetado avanzado también ha penetrado profundamente en la industria de los semiconductores y se ha convertido en un campo candente que no es menos popular que los procesos avanzados.

pero para tsmc, que ha lanzado foundry 2.0, cowos por sí solo no es suficiente, sobre todo teniendo en cuenta que su capacidad de producción es limitada y ni siquiera puede satisfacer las necesidades de nvidia.necesita urgentemente introducir más y mejores productos de embalaje.

cuando observamos todo el mercado de envases avanzados, encontraremos que, además de los envases 2.5d y 3d que se han debatido acaloradamente el año pasado, varias tecnologías nuevas que se mencionan cada vez más son los chips de ia que han hecho popular a cowos. ahora ha llevado al escenario foplp y sustratos de vidrio en envases avanzados.

aprovecha la playa foplp

¿por qué el embalaje a nivel de panel en abanico (foplp) se ha convertido en uno de los favoritos entre los fabricantes?

en 2016, tsmc comenzó a desarrollar la tecnología fowlp (envasado a nivel de oblea en abanico) llamada info (envasado en abanico integrado), que se utilizó en el chip a10 de los teléfonos móviles de la serie iphone 7, exprimiendo a las fundiciones de samsung del suministro de apple. cadena, y luego la industria de embalaje y pruebas siguió los pasos de tsmc y comenzó a promover la solución fowlp, con la esperanza de atraer clientes a un costo menor.

sin embargo, después de unos años, la solución de empaquetado fowlp no ha logrado grandes avances en términos de tecnología. en términos de aplicaciones terminales, todavía permanece en productos de proceso maduros como pmic (ic de administración de energía), lo que dificulta su avance. puerta de más clientes.

en este momento, foplp subió al escenario y pasó del nivel de oblea al nivel de panel. tiene las ventajas de un bajo costo unitario y un empaque de gran tamaño, y también ha atraído la atención de los fabricantes de chips de ia.

la principal diferencia entre el embalaje a nivel de oblea y el embalaje a nivel de panel es que en lugar de volver a montar los chips cortados en una oblea, el primero los vuelve a montar en un panel más grande. esto permite a los fabricantes envasar una gran cantidad de chips, reduciendo así el coste del proceso de envasado. también mejora la eficiencia del empaque porque al empaquetar sobre un sustrato cuadrado, el área utilizable puede ser hasta siete veces mayor que la de una oblea circular de 12 pulgadas, es decir, se pueden colocar más chips en la misma unidad de área.

fuente de imagen samsung

cabe mencionar que este mercado emergente está creciendo muy rápidamente. gabriela pereira, analista de empaques de semiconductores de yole group, dijo: “si analizamos todo el mercado de empaques en abanico, fowlp sigue siendo el tipo de operador principal, mientras que foplp todavía se considera un nicho de mercado en términos de ingresos, informó yole intelligence en fan-. out packaging 2023 》el informe estima que el tamaño del mercado foplp será de aproximadamente 41 millones de dólares en 2022, y se espera que muestre una tasa de crecimiento anual compuesta significativa del 32,5% en los próximos cinco años, creciendo a 221 millones de dólares en 2028.

de hecho, la adopción de foplp crecerá más rápido que el mercado general de distribución, y su participación de mercado en relación con fowlp aumentará del 2 % en 2022 al 8 % en 2028. esto significa que se espera que foplp crezca en los próximos años a medida que se lancen más líneas de producción de paneles y mayores rendimientos conduzcan a mejores eficiencias de costos. "

la última buena noticia es que nvidia tiene la intención de utilizar un empaquetado en abanico a nivel de panel (comúnmente conocido como foplp) para los últimos chips blackwell. la capacidad de empaquetado cowos de nvidia para los productos blackwell es limitada. hay rumores de que blackwell gb200 también podría lanzarse más adelante. del próximo año (2025 2026) para comenzar a utilizar foplp, en lugar del calendario original de 2026. además, amd también ha comenzado a ponerse en contacto con empresas relevantes para prepararse para utilizar foplp en futuros chips de ia.

en consecuencia, un grupo de empresas taiwanesas de embalaje y pruebas están acelerando el desarrollo de foplp.

entre las fábricas de pruebas y embalaje de semiconductores de taiwán, licheng fue la primera en invertir en el diseño de líneas de producción en masa foplp. comenzó a construir la primera línea de producción foplp del mundo en la fábrica zhuke no. 3 en 2016 y lanzó oficialmente la producción en masa en 2019. xie yongda, director ejecutivo de powercheng, dijo que powercheng está aproximadamente dos años por delante de la industria y es optimista de que en el futuro, en la generación de ia, se utilizarán más soluciones foplp en envases heterogéneos, que se espera que den frutos en 26. y 27 años.

innolux utiliza equipos de fábrica de 3,5 generaciones que no tienen valor para transformarse. casi el 70% del equipo puede seguir utilizándose. actualmente es la línea de producción con el tamaño de panel más grande. innolux ha estado invirtiendo en la investigación y el desarrollo de foplp durante 8 años. no solo recibió subsidios del proyecto a+ del ministerio de asuntos económicos, sino que también cooperó con el instituto de investigación industrial. se espera que ingrese oficialmente a la producción en masa en el cuarto. trimestre de este año, y generará ingresos el próximo año llegar a una contribución de 1 a 2 puntos porcentuales.

según una encuesta realizada por la organización de investigación trendforce, existen tres modelos principales para la introducción de la tecnología de embalaje foplp: en primer lugar, las fundiciones de embalaje y pruebas convierten los métodos de embalaje de circuitos integrados de consumo del embalaje tradicional a foplp. en segundo lugar, las fundiciones de obleas profesionales y las fundiciones de embalaje y prueba empaquetan gpu de ia y convierten el modo de embalaje 2.5d del nivel de oblea al nivel de panel. en tercer lugar, los fabricantes de paneles se centran en aplicaciones como la gestión de energía y los circuitos integrados de consumo.

y los grandes fabricantes también se están moviendo muy rápidamente. el presidente de tsmc, wei zhejia, explicó el progreso del diseño de foplp por primera vez en una conferencia de prensa reciente. tsmc ha establecido un equipo de investigación y desarrollo y líneas de producción.todavía está en su infancia y espera que la tecnología madure en tres años, cuando tsmc tendrá capacidades de producción en masa.

inmediatamente después, en la conferencia de prensa de ase investment holdings, el director de operaciones, wu tianyu, dijo que ase ha estado investigando soluciones a nivel de panel durante más de cinco años, comenzando con 300 mm × 300 mm y ampliándose a 600 mm × 600 mm en el futuro.

fuera de taiwán, samsung de corea del sur también está promoviendo intensamente la tecnología de embalaje foplp.

hace ya 8 años, samsung electro-mechanics desarrolló la tecnología foplp para galaxy watch y comenzó la producción en masa en 2018. en 2019, samsung electronics adquirió plp de samsung electro-mechanics por 785 mil millones de wones (aproximadamente 581 millones de dólares estadounidenses). hasta ahora, los chips galaxy watch 6 todavía usan esta tecnología, utilizando foplp combinado con tecnología de apilamiento de paquetes (pop) para integrar cpu, pmic y dram en el chipset.

kyung-hyun kyung, ex jefe de la división de semiconductores (ds) de samsung electronics, explicó la necesidad de la tecnología plp en la reunión de accionistas de la compañía en marzo de este año. "el tamaño de los sustratos de los chips de ia suele ser de 600 mm x 600 mm o 800 mm x 800 mm, lo que requiere tecnologías como plp", dijo, y agregó: "samsung electronics también está desarrollando y trabajando con los clientes".

samsung actualmente ofrece foplp para aplicaciones que requieren integración de memoria de bajo consumo, como dispositivos móviles y portátiles, y también planea expandir su tecnología de empaque 2.5d i-cube a plp.

en comparación con tsmc y samsung, intel parece menos entusiasmado con foplp. aunque también tiene reservas técnicas relevantes, por ahora no ha hecho grandes movimientos en el campo foplp.

vale la pena mencionar que debido a los pedidos completos, tsmc ha comenzado a expandir sus plantas de embalaje existentes a gran escala e incluso compra plantas de embalaje de otras empresas a precios elevados para satisfacer las necesidades de los clientes.

en agosto de este año, tsmc anunció que había comprado la fábrica de paneles innolux nanke de 5.5 generación (nanke fourth factory) y las instalaciones auxiliares por aproximadamente 528 millones de dólares, y está previsto que la transacción se complete en noviembre. según el anuncio, el área de construcción de la fábrica equivale aproximadamente a más de 96.000 metros cuadrados. se entiende que las dos partes están negociando la compra no solo de nanke factory 4, sino también de dos fábricas. la próxima transacción puede ser innolux nanke factory 5.

en la lista de compra de equipos emitida por tsmc se ha incluido el número de ap 8, lo que significa que tras la construcción de dos plantas de envasado en ap 7 de la planta de chiayi, la antigua planta de innolux nanke será la próxima base de envasado avanzado, y los planes para el próximo año comenzarán en el primer trimestre y, según el cronograma, es posible que se invierta antes que la nueva planta de chiayi para respaldar la capacidad de producción de cowos más faltante para la segunda planta posterior, en la que innolux podría estar interesado. cooperando con tsmc en foplp.

entre los principales fabricantes, foplp se ha convertido en un campo de batalla, pero para los chips de ia, esta tecnología de empaquetado por sí sola no es suficiente.

concurso de sustrato de vidrio

¿por qué foplp necesita un sustrato de vidrio?

foplp se caracteriza por el uso de sustratos más grandes, pero los sustratos plásticos tradicionales son propensos a sufrir problemas de deformación a medida que los circuitos integrados se vuelven cada vez más grandes. a medida que muchos fabricantes de envases comienzan a utilizar sustratos de gran tamaño, este problema se vuelve cada vez más prominente.

además de la deformación, los sustratos de plástico (sustratos de materiales orgánicos) se acercan constantemente al límite de acomodación, especialmente sus superficies rugosas, lo que puede afectar negativamente al rendimiento inherente de los circuitos ultrafinos. en tales casos, el vidrio sirve como nuevo material de sustrato. entró en la industria de los semiconductores.

como nueva solución, el sustrato de vidrio tiene una superficie más lisa que el sustrato de plástico y el número de aberturas en la misma área es mucho mayor que en los materiales orgánicos. se informa que la distancia entre los orificios pasantes del núcleo de vidrio puede ser inferior a 100 micrones, lo que puede aumentar directamente 10 veces la densidad de interconexión entre chips. una mayor densidad de interconexión puede acomodar una mayor cantidad de transistores, lo que permite diseños más complejos y un uso más eficiente del espacio;

al mismo tiempo, el sustrato de vidrio tiene un mejor rendimiento en términos de propiedades térmicas y estabilidad física, es más resistente al calor y no es propenso a deformarse o deformarse debido a las altas temperaturas; además, las propiedades eléctricas únicas del núcleo de vidrio lo hacen; su pérdida dieléctrica es más baja, lo que permite una transmisión de señal y potencia más clara en comparación con el plástico abf, el espesor del sustrato del núcleo de vidrio se puede reducir aproximadamente a la mitad. el adelgazamiento también puede mejorar la velocidad de transmisión de la señal y la eficiencia energética.

pero los sustratos de vidrio no están exentos de inconvenientes. las láminas de vidrio, que suelen tener un grosor de 100 µm o menos, son propensas a agrietarse o romperse debido a la presión durante el envío, la manipulación y la fabricación, lo que requiere equipos y procesos especializados para utilizar y gestionar este material.

además, un obstáculo importante al que se enfrentan los sustratos de vidrio es la falta de normas uniformes para el tamaño, el espesor y las propiedades del sustrato de vidrio. a diferencia de las obleas de silicio, que siguen especificaciones globales precisas, los sustratos de vidrio carecen actualmente de dimensiones y propiedades universalmente aceptadas. los defectos estandarizados complican los problemas en las fábricas de semiconductores, donde los fabricantes pueden reemplazar los sustratos sin cambios importantes en el proceso. estrechamente relacionada está la cuestión de la compatibilidad, no sólo entre diferentes lotes de sustratos de vidrio, sino también entre los sustratos y los dispositivos semiconductores que soportan. las propiedades eléctricas y térmicas únicas del vidrio deben ser compatibles con los dispositivos semiconductores. el rendimiento se combina cuidadosamente.

las características de los sustratos de vidrio hacen que la industria recurra a ellos, pero los desafíos técnicos que conllevan han desanimado a muchas pequeñas y medianas empresas. sólo unos pocos gigantes están dispuestos a ser los primeros en comerse los cangrejos.

fuente de imagen intel

en septiembre de 2023, intel anunció el lanzamiento de uno de los primeros sustratos de vidrio de la industria para envases avanzados de próxima generación, cuyo lanzamiento está previsto para la segunda mitad de esta década, entre 2026 y 2030.

"después de una década de investigación, intel ha logrado sustratos de vidrio para envases avanzados líderes en la industria", afirmó babak sabi, vicepresidente senior y director general de ensamblaje y desarrollo de pruebas de intel. "esperamos lanzar estas tecnologías de vanguardia que lo harán. "permítanos que los actores clave y los clientes de fundición se beneficien en las próximas décadas".

se entiende que hace 10 años, intel invirtió mil millones de dólares en una fábrica en arizona, ee. uu., para establecer una línea de investigación y desarrollo de sustratos de vidrio y una cadena de suministro. intel tiene una larga trayectoria en la promoción de la próxima generación de envases, liderando la industria de la cerámica. en la década de 1990, la transformación del embalaje al embalaje orgánico, tomando la iniciativa en la realización de embalajes sin halógenos y sin plomo, e inventando tecnología avanzada de embalaje con chips integrados.

samsung pronto siguió los pasos de intel y se unió a la competencia. en ces 2024 en enero de 2024, samsung electronics propuso establecer una línea de producción de productos de prueba con sustrato de vidrio este año, con el objetivo de producir productos de prueba en 2025 y lograr la producción en masa en 2026.

en marzo de este año, samsung electronics comenzó a desarrollar sustratos de vidrio en conjunto con importantes filiales de electrónica como samsung electro-mechanics y samsung display. se espera que samsung electro-mechanics contribuya con su tecnología patentada en la combinación de semiconductores y sustratos, mientras que samsung display lo hará. aportar artesanía en vidrio. se entiende que esta es la primera vez que samsung electronics realiza investigaciones conjuntas sobre sustratos de vidrio con empresas de componentes electrónicos como samsung electro-mechanics y samsung display.

por supuesto, samsung e intel no son las únicas empresas que trabajan en tecnología de sustratos de próxima generación.el fabricante japonés ibiden también se ha sumado al trabajo de i+d y diseño basado en vidrio. skc, filial de sk group, ha creado una filial, absolux, para desarrollar nuevas capacidades de producción en masa. ha establecido asociaciones con empresas como amd y lg innotek. también se afirmó que el vidrio será el material principal para los sustratos de embalaje de semiconductores en el futuro y la empresa está considerando desarrollar sustratos de vidrio.

fuera de estos fabricantes, el que más atención merece es sin duda tsmc.

aunque tsmc no ha mencionado anteriormente la tecnología de sustratos de vidrio, considerando la acumulación de la empresa en el campo del embalaje,es probable que ya cuente con reservas técnicas relevantes,según informes de los medios, hay rumores en la industria de que tsmc ha reiniciado la investigación y el desarrollo de sustratos de vidrio para satisfacer las necesidades futuras de nvidia para foplp.

además, los fabricantes de equipos semiconductores de taiwán también han hecho arreglos por adelantado, titanium, que ha cooperado con intel durante muchos años, inició y reunió cadenas de suministro relevantes para establecer la e-core system alliance de proveedores de sustratos de vidrio, con la intención de obtener pedidos. de intel y tsmc.

para la industria del embalaje, foplp y el sustrato de vidrio son como dos lados de un cuerpo. si desea aplicar foplp a gran escala, necesita un sustrato de embalaje más grande, y los sustratos de embalaje más grandes no pueden pasar por alto el sustrato de vidrio. la demanda de foplp continúa. si el precio aumenta, la producción en masa de sustratos de vidrio seguirá acelerándose.

de la oblea al panel

de hecho, foplp, como tecnología derivada de fowlp, no recibió mucha atención en la etapa inicial. por un lado, los productos de aplicación son limitados. por otro lado, esta tecnología no solo prueba las capacidades de embalaje de los fabricantes. pero también las capacidades del proceso. mire, foplp puede considerarse como una tecnología para fowlp y el procesamiento de placas de circuito impreso, que a menudo requiere la cooperación de fabricantes de dos industrias diferentes para lograr los resultados deseados.

ésta es también la razón por la que intel y samsung pueden lograr los avances más rápidos en este campo.el primero ha sido el líder de la industria de semiconductores de ee. uu. durante muchos años y controla la mayor parte de la cadena de suministro de semiconductores de ee. uu., mientras que el segundo es un grupo enorme en sí mismo, involucrado en todos los aspectos de la producción y fabricación de semiconductores, y puede resolver problemas más rápidamente. .

y, sin duda, han ejercido más presión sobre el negocio de envases de tsmc. a medida que foplp y los sustratos de vidrio maduran gradualmente, es difícil garantizar que fabricantes como nvidia y amd cambien a otros fabricantes de envases por razones técnicas.

además, el aumento de los sustratos de vidrio y foplp también nos permite ver más oportunidades para el empaque a nivel de panel. dado que ambas tecnologías utilizan tamaños de panel similares, son complementarias en términos de aumentar la densidad del chip, reducir costos y mejorar la eficiencia de fabricación. es muy probable que la futura industria del embalaje se desarrolle en esta dimensión.

después de que redefinan el panorama del embalaje avanzado, ¿quién podrá obtener más dividendos?