Подложка ИС - современное состояние рынка

Состояние перспективных подложек 2018: Тенденции в области встраиваемых матриц и межсоединений, подложек и печатная плата

Компания Apple применила технологию Substrate-Like PCB (SLP) в своих последних моделях iPhone 8 и iPhone X, что может произвести революцию на рынке подложек и печатных плат.

Усовершенствованные подложки должны учитывать уменьшение размеров технологического процесса и функциональные требования

Тенденция развития полупроводниковой промышленности оказывает влияние на технологию упаковки полупроводников и степень взаимосвязи между корпусом и печатной платой. Приложения, ориентированные на производительность, такие как персональные компьютеры и смартфоны, уступают место функциональным приложениям, которые определяют будущее развитие полупроводниковой промышленности, таким как Интернет вещей, автомобили, связь 5G, AR/VR (дополненная реальность/виртуальная реальность), искусственный интеллект (ИИ) и т.д. Массовая обработка данных, порождаемая различными новыми приложениями, также имеет решающее значение, а значит, повышение производительности обработки данных и уменьшение размеров полупроводникового процесса будут оставаться движущей силой развития полупроводниковой промышленности.

Передовые технологии упаковки полупроводников стали эффективным способом повышения стоимости полупроводниковых изделий за счет увеличения их функциональности, сохранения/улучшения характеристик и снижения затрат. По этой причине печатная плата уже не просто соединитель, а интегрированное решение.

Возможности увеличения ширины линии для производителей печатных плат/подложек

В соответствии с дорожной картой развития в условиях сокращения размеров полупроводникового техпроцесса, в области ширины линии (L/S) 30/30um сформировались три активных направления конкуренции:

-Печатная плата против подложки для упаковки (L/S 30/30 um ~ L/S 20/20um): Развивается в сторону подложки типа PCB;

-Подложка под пакет против отсутствия подложки (типа fan-out) (L/S 10/10um и ниже): Подложки для флип-чипов, встраиваемые микросхемы в подложки для упаковки на уровне панелей (PLP), конкурируют с упаковкой на уровне пластин с веерообразным выходом Конкурируют с упаковкой на уровне панелей;

-Упаковка через сквозные кремниевые каналы (TSV) по сравнению с отсутствием альтернативных технологий упаковки через сквозные кремниевые каналы (L/S 5/5 мкм - L/S 1/1 мкм и ниже): 2,5D-упаковка (например, кремниевый интерпозер) по сравнению с упаковкой Fan-out высокой плотности.

Дорожная карта функционального развития перспективных подложек связана с устройствами, которые не ориентированы на требования расширения межсоединений, но должны отвечать специфическим требованиям, таким как высокая частота, высокая надежность и высокая мощность. К таким перспективным типам корпусов относятся радиочастотные SIP (Radio Frequency System-in-Package) для миллиметровых волн 5G и встраиваемые микросхемы в подложки для высоконадежных/мощных приложений. В данном отчете особое внимание уделяется печатным платам на подложках и встроенным микросхемам в подложках, а также проводится глубокое исследование всей индустрии печатных плат и подложек для ИС (FC CSP/FC BGA).

печатная плата на подложке: столкновение двух технологий

Под влиянием компании Apple и ее iPhone 8/iPhone X технологический процесс в смартфонах высокого класса переходит от субтрактивного к mSAP (модифицированному полуаддитивному), а печатная плата переходит к печатной плате на основе подложки. Ожидается, что в ближайшем будущем этому примеру последуют и другие поставщики смартфонов высокого класса, такие как Samsung и Huawei.

Печатная плата на подложке означает, что печатная плата в изделии постепенно приобретает характеристики, аналогичные подложке корпуса. Стандартные печатные платы HDI и не-HDI используют модифицированный субтрактивный процесс производства, а упаковочные подложки (например, FC/WB CSP/BGA) - процессы mSAP или SAP. Печатная плата на основе субстрата - это фактически крупногабаритная подложка, изготовленная по mSAP-процессу, имеющая размеры и функции печатной платы. Печатные платы на основе подложки имеют более высокое линейное разрешение, лучшие электрические характеристики, потенциальные преимущества в энергопотреблении и размерах по сравнению со стандартными или HDI-платами, что очень важно для смартфонов с ограниченным пространством и энергопотреблением.

Появление печатных плат на основе подложки открыло совершенно новый рынок и изменит существующую цепочку поставок. Как показано на рисунке ниже, объем рынка печатных плат на подложках в 2017 году составил 190 млн долл. и, как ожидается, вырастет до 2,24 млрд долл. к 2023 году при среднегодовом темпе роста 64% в течение 2017-2023 годов. Производство печатных плат на основе подложек будет не только стимулировать восстановление рынка подложек, но и способствовать существенному росту этого рынка. Однако с точки зрения технологической зрелости, несмотря на то что процесс mSAP уже созрел для обработки упаковочных подложек, производство подложек размером с печатную плату по-прежнему сопряжено с большими трудностями.

В данном отчете представлено всестороннее и глубокое исследование всего рынка печатных плат на подложках, охватывающее всю цепочку поставок, приведено техническое сравнение субтрактивного метода/ mSAP/ SAP-процесса, а также сравнение демонтажа iPhone 8, iPhone X и Samsung S8.

С появлением печатных плат на основе подложек в последней модели iPhone от Apple производители печатных плат и подложек начали выпускать печатные платы на основе подложек и инвестировать в mSAP. 28 производителей печатных плат/подложек, отобранных в данном отчете, как полагают, освоили технологию производства печатных плат на основе подложек, а некоторые из них смогли выпускать печатные платы на основе подложек партиями.

В связи с появлением смартфонов высокого класса некоторые производители начали вкладывать значительные средства. В то же время некоторые крупные производители демонстрируют стабильную выручку в сегменте печатных плат/подложек. В данном отчете представлена подробная информация о финансовых показателях этих производителей в области производства печатных плат/подложек и других аспектах.

Соображения по поводу стоимости упаковки встраиваемых микросхем

Для того чтобы добиться дифференцированной конкуренции на высококонкурентном рынке печатных плат/подложек, некоторые производители пытаются добавить больше добавленной стоимости к своим печатным платам/подложкам.

Встраиваемые микросхемы и межсоединения: Могут ли производители подложек и OSAT (outsourced semiconductor packaging and testing vendors) открыть новые возможности?

Преобладающая тенденция среди многих производителей подложек заключается в том, чтобы больше не продавать подложки только как соединительные устройства, а предлагать интегрированное решение, либо включать встроенные микросхемы и аналогичную межсоединению технологию EMIB (Embedded Multi-Chip Interconnect.) Bridge), либо просто создавать упаковку вокруг подложки, как, например, технология MCeP компании Shinko.

За последние несколько лет применение этих упаковочных платформ было подтверждено, и продукты также были коммерциализированы. Встраиваемая упаковка микросхем имеет хорошие перспективы применения в различных областях. К ее преимуществам относятся миниатюризация и/или терморегулирование для источников питания, а также защита от вскрытия для оборонных приложений. Когда нет другого приемлемого недорогого упаковочного решения, можно выбрать встраиваемую упаковку микросхем.

Приложения питания, особенно большое количество проектов НИОКР, связанных с автомобильными и оборонными приложениями, свидетельствуют о том, что печатная плата/подложки перестают существовать только как устройства межсоединений.

В данном отчете представлен подробный анализ приложений, использующих встраиваемую упаковку микросхем; новейшие продукты, использующие технологию EMIB (Intel), технологию MCeP (Kobelco Electric) и встраиваемую упаковку микросхем; а также прогноз рынка этих платформ на период с 2017 по 2023 год. Кроме того, в данном отчете также представлен панорамный анализ динамики соответствующих патентных заявок в данной области и основных патентообладателей.