American Semiconductor, ABD Yerli Yonga Ambalajına Doğru Bir Adım Atıyor

Geçen yıl boyunca yaygın yarı iletken kıtlığı, ABD'de çip üretimini artırma çağrıları ile birçok insanın tedarik zinciri esnekliğine odaklanmasına neden oldu Geçen Haziran Senato'dan geçen ABD Yenilik ve Rekabet Yasası (USICA), yardım için 52 milyar dolar teklif ediyor yerli yarı iletken üretimi ve House eylemi bekliyor. Pek çok insanın ana odak noktası silikon çip üretiminin yerel payını artırmak olsa da, çip paketlemeyi - bu çipleri hasardan korumak ve devrelerini ana bilgisayara bağlayarak kullanılabilir hale getirmek için kapsüllemenin temel süreci olan - gözden kaçırmamalıyız. dış dünya. Bu, hem tedarik zinciri esnekliği hem de elektronikte gelecekteki teknolojik gelişmeleri sürdürmek için önemli olacak bir alandır. 

Yarı iletken yongaları kullanılabilir hale getirmek için paketleme çok önemlidir

Entegre devre (IC) yongaları, "fab" olarak bilinen milyarlarca dolarlık fabrikalarda silikon gofretler üzerinde üretilir. Tek tek talaşlar veya "kalıp", her bir gofret üzerinde (ve gofret yığınları arasında) yığınlar halinde üretilen tekrar eden modellerde üretilir. Tipik olarak en modern fabrikalarda kullanılan boyut olan 300 mm'lik bir yonga levhası (yaklaşık 12 inç çapında), yüzlerce büyük mikroişlemci yongası veya binlerce küçük denetleyici yongası taşıyabilir. Üretim süreci, milyarlarca mikroskobik transistör ve diğer cihazların silikon gövdesinde desenleme ve dağlama işlemleriyle oluşturulduğu ve ardından bir "hattın arka ucu"nun takip edildiği bir "hattın ön ucu" (FEOL) aşamasına bölünmüştür. ” (BEOL) her şeyi birbirine bağlamak için bir metal iz ağının yerleştirildiği. İzler, yatay kablolama katmanlarını birbirine bağlayan “geçitler” adı verilen dikey bölümlerden oluşur. Bir çipte milyarlarca transistör varsa (iPhone 13'ün A15 işlemcisinde 15 milyar vardır), bunları bağlamak için milyarlarca kabloya ihtiyacınız vardır. Her bir kalıp, uzatıldığında toplamda birkaç kilometre kabloya sahip olabilir, bu nedenle BEOL süreçlerinin oldukça karmaşık olduğunu hayal edebiliriz. Kalıbın en dış katmanına (bazen kalıbın ön tarafının yanı sıra arka tarafını da kullanırlar), tasarımcılar çipi dış dünyaya bağlamak için kullanılan mikroskobik pedler yerleştirir. 

Gofret işlendikten sonra, çiplerin her biri, hangilerinin iyi olduğunu bulmak için bir test makinesiyle ayrı ayrı "sondadan geçirilir". Bunlar kesilip paketlere konur. Bir paket, çip için hem fiziksel koruma hem de elektrik sinyallerini çipteki farklı devrelere bağlamak için bir araç sağlar. Bir çip paketlendikten sonra telefonunuzdaki, bilgisayarınızdaki, arabanızdaki veya diğer cihazlarınızdaki elektronik devre kartlarına yerleştirilebilir. Bu paketlerden bazıları, bir arabanın motor bölmesi veya bir cep telefonu kulesi gibi zorlu ortamlar için tasarlanmalıdır. Diğerleri, kompakt cihazların içinde kullanım için son derece küçük olmalıdır. Her durumda, paket tasarımcısı, kalıbın gerilmesini veya çatlamasını en aza indirmek veya termal genleşmeyi ve bunun çipin güvenilirliğini nasıl etkileyebileceğini hesaba katmak için kullanılacak malzemeler gibi şeyleri dikkate almalıdır.

Silikon çipi paketin içindeki uçlara bağlamak için kullanılan en eski teknoloji, tel yapıştırma, düşük sıcaklıkta bir kaynak işlemi. Bu işlemde, çok ince teller (genellikle altın veya alüminyum, ancak gümüş ve bakır da kullanılır) bir uçta çip üzerindeki metal pedlere, diğer uçta ise dışarıya açılan metal bir çerçeve üzerindeki terminallere bağlanır. . İşlem, 1950'lerde Bell Laboratuarlarında, yüksek nokta sıcaklıklarında çip pedlerine basınç altında preslenen küçük teller ile öncülük edildi. Bunu yapan ilk makineler 1950'lerin sonlarında piyasaya çıktı ve 1960'ların ortalarında alternatif bir teknik olarak ultrasonik bağlama geliştirildi.

Tarihsel olarak bu iş Güneydoğu Asya'da yapıldı çünkü oldukça emek yoğundu. O zamandan beri, tel bağlamayı çok yüksek hızlarda yapmak için otomatik makineler geliştirildi. “Flip chip” adı verilen bir teknoloji de dahil olmak üzere birçok yeni paketleme teknolojisi de geliştirilmiştir. Bu işlemde, mikroskobik metal sütunlar, henüz gofret üzerindeyken çip üzerindeki pedlerin üzerine biriktirilir (“çarpılır”) ve daha sonra test edildikten sonra iyi kalıp ters çevrilir ve bir pakette eşleşen pedlerle hizalanır. Ardından lehim, bağlantıları kaynaştırmak için yeniden akış işleminde eritilir. Bu, tüm bağlantıların iyi olduğundan emin olmak için her şeyi dikkatli bir şekilde kontrol etmeniz gerekse de, aynı anda binlerce bağlantı kurmanın iyi bir yoludur. 

Son zamanlarda ambalaj çok daha fazla ilgi gördü. Bunun nedeni, yeni teknolojilerin kullanıma sunulması ve aynı zamanda çip kullanımını yönlendiren yeni uygulamalardır. Her şeyden önce, farklı teknolojilerle yapılmış birden fazla yongayı tek bir pakette bir araya getirme arzusu, yani paket içi sistem (SiP) yongaları. Ama aynı zamanda, örneğin radyo çipiyle aynı pakette bir 5G anteni veya sensörleri bilgi işlem çipleriyle entegre ettiğiniz yapay zeka uygulamaları gibi farklı türde cihazları bir araya getirme arzusuyla da yönlendiriliyor. TSMC gibi büyük yarı iletken dökümhaneleri de "yongalar" ve "yavaşlatıcı paketleme" ile çalışıyor, Intel ise
INTC
2019'da Lakefield mobil işlemcisinde tanıtılan yerleşik çoklu kalıp ara bağlantısı (EMIB) ve Foveros kalıp istifleme teknolojisine sahiptir.

Çoğu paketleme, “dış kaynaklı montaj ve test” (OSAT) şirketleri olarak bilinen üçüncü taraf sözleşmeli üreticiler tarafından yapılır ve dünyalarının merkezi Asya'dadır. En büyük OSAT tedarikçileri Tayvan'ın ASE'si, Amkor Technology'dir.
AMKR
merkezi Tempe, Arizona'da, Çin'de Jiangsu Changjiang Electronics Tech Company (JCET) (birkaç yıl önce Singapur merkezli STATS ChipPac'i satın aldı) ve Tayvan'da Siliconware Precision Industries Co., Ltd. (SPIL) ASE tarafından satın alındı. 2015. Özellikle Çin'de, birkaç yıl önce OSAT'ı stratejik bir endüstri olarak tanımlayan çok sayıda başka küçük oyuncu var.

Ambalajın son zamanlarda dikkat çekmesinin önemli bir nedeni, Vietnam ve Malezya'daki son Covid-19 salgınlarının, fabrikaların kapanması veya yerel yönetimler tarafından uygulanan azaltılmış personel ile yarı iletken çip tedarik krizinin kötüleşmesine önemli ölçüde katkıda bulunmasıdır. bir zaman. ABD hükümeti, yerli yarı iletken üretimini teşvik etmek için sübvansiyonlara yatırım yapsa bile, bu bitmiş çiplerin çoğu, endüstri ve tedarikçi ağlarının olduğu ve beceri tabanının bulunduğu yer olan Asya'ya paketleme için seyahat etmeye devam edecek. Bu nedenle Intel, Hillsboro, Oregon veya Chandler, Arizona'da mikroişlemci yongaları üretir, ancak bitmiş gofretleri test ve paketleme için Malezya, Vietnam veya Chengdu, Çin'deki fabrikalara gönderir.

ABD'de çip paketleme kurulabilir mi?

Endüstrinin çoğu yarım yüzyıla yakın bir süre önce Amerikan kıyılarını terk ettiğinden, ABD'ye çipli paketleme getirmenin önemli zorlukları var. Kuzey Amerika'nın küresel ambalaj üretimindeki payı sadece %3 civarındadır. Bu, üretim ekipmanı, kimyasallar (ambalajlarda kullanılan alt tabakalar ve diğer malzemeler gibi), kurşun çerçeveler ve en önemlisi, işin yüksek hacimli kısmı için deneyimli yeteneklerden oluşan bir beceri tabanı için tedarikçi ağlarının ABD'de henüz mevcut olmadığı anlamına gelir. uzun zaman. Intel, Malezya'daki yeni bir paketleme ve test fabrikasına 7 milyar dolarlık yatırım yapacağını duyurdu, ancak Foveros teknolojisi için Rio Rancho, New Mexico operasyonlarına 3.5 milyar dolarlık yatırım yapmayı planladığını da duyurdu. Amkor Technology ayrıca yakın zamanda Hanoi'nin kuzeydoğusundaki Vietnam'daki Bac Ninh'deki kapasiteyi artırma planlarını duyurdu.

ABD için bu sorunun büyük bir kısmı, gelişmiş çip paketlemenin çok fazla üretim deneyimi gerektirmesidir. Üretime ilk başladığınızda, iyi bitmiş paketlenmiş talaşların verimi muhtemelen düşük olacaktır ve daha fazlasını ürettikçe, süreci sürekli olarak iyileştiriyorsunuz ve verim daha iyi hale geliyor. Büyük çipli müşteriler genellikle, bu getiri eğrisini elde etmek için uzun zaman alabilecek yeni yerli tedarikçileri kullanma riskini almaya istekli olmayacaklardır. Paketleme veriminiz düşükse, aksi halde iyi olabilecek talaşları atmış olursunuz. Neden şansını denesin? Bu nedenle, ABD'de daha gelişmiş çipler yapsak bile, muhtemelen yine de paketleme için Uzak Doğu'ya gidecekler.

Boise, Idaho merkezli American Semiconductor, Inc. farklı bir yaklaşım benimsiyor. CEO Doug Hackler, “uygulanabilir üretime dayalı uygulanabilir yeniden tahkimat”tan yanadır. Stratejisi, yalnızca gelişmiş mikroişlemciler veya 5G çipler için kullanılanlar gibi üst düzey çip paketlemeyi kovalamak yerine, yeni teknolojiyi kullanmak ve çok fazla talebin olduğu eski çiplere uygulamaktır; bu, şirketin süreçlerini uygulamasına olanak tanır ve öğrenmek. Eski çipler de çok daha ucuzdur, bu nedenle verim kaybı bir ölüm kalım meselesi değildir. Hackler, bir iPhone 85'deki çiplerin %11'inin, örneğin 40 nm veya daha eski yarı iletken düğümlerde üretilen (on yıl önce sıcak teknoloji olan) daha eski teknolojileri kullandığına dikkat çekiyor. Gerçekten de, şu anda otomobil endüstrisini ve diğerlerini rahatsız eden çip kıtlığının çoğu, bu eski çipler içindir. Aynı zamanda, şirket, kalıpla dolu bir gofretin bağlı olduğu polimer üzerinde yarı iletken (SoP) prosesini kullanarak ultra ince talaş ölçekli ambalajlar sunarak montaj adımlarına yeni teknoloji ve otomasyon uygulamaya çalışıyor. arka tarafı polimer ve daha sonra bir termal transfer bandı üzerine yerleştirildi. Olağan otomatik test cihazlarıyla test edildikten sonra, çipler bant taşıyıcılar üzerinde küp şeklinde doğranır ve yüksek hızlı otomatik montaj için makaralara veya diğer formatlara aktarılır. Hackler, bu ambalajın, büyük miktarda çip tüketebilecek, ancak silikon üretimi tarafında o kadar talepkar olmayan iki segment olan Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazları ve giyilebilir cihaz üreticileri için çekici olması gerektiğini düşünüyor.

Hackler'ın yaklaşımının çekici yanı iki şeydir. İlk olarak, üretim hattından hacim çekmek için talebin öneminin anlaşılması, verim iyileştirme konusunda çok fazla pratik yapmalarını sağlayacaktır. İkincisi, yeni bir teknoloji kullanıyorlar ve bir teknoloji geçişi yapmak çoğu zaman görevdekileri yerinden etmek için bir fırsat. Yeni girenlerin mevcut süreçlere veya tesislere bağlı olma bagajı yoktur. 

American Semiconductor'ın daha kat etmesi gereken uzun bir yol var, ancak bunun gibi yaklaşımlar yerel becerileri geliştirecek ve ABD'ye çip paketleme getirmek için pratik bir adımdır. Başlat.