(次のパート I: 集積回路設計、パート II: 集積回路製造)

V. ATP (組立、テスト、パッケージング) と高度なパッケージング

組み立て、テスト、パッケージング、および高度なパッケージングに関する基本的な結論:

(1) 比較的ローテクなバックエンド半導体 ATP に関して、米国はアジアに集中している外国資源に大きく依存している。

(2) チップがより複雑になるにつれて、高度なパッケージング方法は、重要な技術進歩の可能性のある領域を表しています。しかし、米国には必要な材料エコシステムが欠けているため、強力な先進的なパッケージング産業を発展させるには費用対効果の高い場所ではありません。

(3) これに応じて、中国からの多額の投資が既存市場を混乱させる可能性がある。

(I) 基本的な梱包とテストに関する旗国の基本的な見積もり

(A) 基本情報

バックエンドの基本 ATP 段階では、チップ (コア) が完成品に組み立てられ、テスト、パッケージ化されて電子機器に組み立てられます。 ATP ステージには、(1) IDM による OEM と (2) OEM の 28 つのモードがあります。ファウンドリは、テスト、パッケージング、アセンブリまたはアセンブリを専門とし、受託サービスを提供する OSAT (純粋な半導体アセンブリおよびテスト) 企業です。 ATP 市場全体に関しては、米国企業が総収益の 43% を占めています。米国企業は垂直統合型 IDM ATP 収益の約 2012% を占めていますが、米国企業は ATP 生産を米国外の施設に委託しています。 TSMC (台湾)、UMC (台湾)、SMIC (中国本土)、XMC (中国本土) などのファウンドリは、特に小型チップの高度なパッケージングにおいて、ファブレス顧客に提供する製造サービスを増やすためにパッケージング事業に参入しています。 TSMC は 2017 年に最初の高度なパッケージング ソリューションを発売しました。100 年には XNUMX を超える異なる OSATS が市場に出ていました。 XNUMX つの大きな OSATS があります。ほとんどが中小規模のプレーヤーです。

米国の OSAT 企業 (特に Amkor) はいくつかありますが、米国企業が OSAT の事業に占める割合はわずか 15% (台湾が 52% でトップ、次に中国が 21%)、Amkor は米国に拠点を置いていますが、製造拠点を持っていません。アメリカの施設。

ベーシック ATP は伝統的に、高度に自動化された低価値のビジネスであり、かなりの設置面積を必要とし、主にスキルの低い労働者を雇用していました (これは、後述する高度なパッケージング技術の導入により変化しています)。したがって、この事業は、主に東南アジアへの米国での生産のアウトソーシングの第 1970 段階 (120 年代に始まる) でした。現在、ほとんどの ATP アウトソーシング工場は中国、台湾、東南アジア (シンガポール、マレーシア、フィリピン、ベトナム) にあります。 SEMIとTechsearchは、360年に世界中で2018社以上のOSATアウトソーシング会社と360社の包装工場を特定した。100社の工場のうち、100社以上が中国、約43社が台湾、XNUMX社が東南アジアにある（残りはヨーロッパまたは南北アメリカ） 。中国での OSAT の生産には現在の主流のパッケージング技術が使用されていますが、中国は高度なパッケージング技術を開発しています。

テスト面では、半導体技術は、軍事用温度範囲（拡張範囲）、耐放射線性、および国家安全保障上の理由から過酷な環境で使用する前に認証され、テストされる必要があります。これには、重粒子線試験インフラストラクチャを使用した単一粒子効果 (SEE) 試験が含まれます。米国の既存の重粒子線検査インフラは脆弱であり、現在または将来の SEE 検査のニーズを満たすことができません。顧客は長い待ち時間や検査料金の高騰を経験することが多く、主要な施設が突然閉鎖された場合でも大きなストレスにさらされやすくなります。 「SEE テスト要件を満たすのに十分なイオンの種類とエネルギーを備えたイオン ビームを生成できる加速器 LABS は 6 個もありません。」これは、宇宙機関と産業界（衛星を含む）間の将来の宇宙ミッションをサポートするためのテストの利用可能性に影響します。

(B) 重大なリスク

現在、米国には世界の半導体パッケージング能力 (テスト能力を除く) のわずか 3% しかなく、主に IDM 企業によって提供されており、多くの場合米国外に ATP 施設を持っています。これは歴史的にサプライチェーンのローテク要素でしたが、重要なステップです。米国は必須のATP生産を東南アジア、台湾、中国に依存しているため、米国のサプライチェーンは混乱にさらされている。

(II) 先進的なパッケージング技術に関するシティバンクの議論

(A) 基本情報

基本的な ATP は伝統的にサプライチェーンの低価値のコンポーネントでしたが、包装技術はますます進歩しています。半導体業界は何十年もの間、半導体上のトランジスタの数がおよそ 2 年ごとに 2 倍になると予測するムーアの法則に従ってきました。現在、新しいプロセス ノードごとにチップ サイズを縮小することによる電力とパフォーマンスの利点は減少しており、トランジスタあたりのコストは増加しています。小型化は依然として選択肢の一つですが、拡大縮小はより高価で困難になるため、半導体業界は小型チップや複数の集積回路を 1 つのパッケージに組み立てる代替手段を模索しています。これは高度なカプセル化と呼ばれます。高度なパッケージングは​​、チップ レベルではなくパッケージ段階でより高いチップ密度を実現し、単一パッケージ内にさまざまなチップ機能を統合できるため、線幅縮小に代わる補完的な技術となります。高度なパッケージングにより、ソリューションをカスタマイズするために市販の (防衛承認済み) チップをさらに活用できるようになります。

高度なパッケージング タイプには、チップ スタッキング技術 (特にメモリ チップ) と組み込みチップ、ファンアウト、ウェーハ レベル パッケージング、およびシステム レベル パッケージング (小型チップまたは複数のチップを 1 つのパッケージに組み立てる) が含まれます。ロジック チップへのアプローチの 1 つは、標準化された IP 機能を「マイクロチップ」と呼ばれる異なる小型チップに分割し、単一パッケージ上の標準インターフェイスを介して接続することです。小型チップは他の小型チップと連携して動作するため、設計は一緒に最適化する必要があり、単独で設計することはできません。国防高等研究計画局 (DARPA) と海軍、および業界関係者 (AMD、マーベル、インテル) は、このアプローチを検討する多くのプロジェクトを行っています。高度なパッケージングは​​、機能、安全性、容量、環境性能を細分化し、独自の国家安全保障用途向けにカスタマイズ可能な機器を提供することにより、国家安全保障上の価値をもたらします。

先端パッケージングは​​、42.6 年の半導体パッケージングの総額の 2019% を占め、2025 年には半導体パッケージング市場全体のほぼ半分を占めると予想されています。これは、6.1 年から 2014 年までの年間平均成長率 (CAGR) が 2025% に相当し、より高度なパッケージングの収益は 20 年の 2014 億ドルから 42 年には約 2025 億ドルへと倍増します。これは、従来のパッケージング市場の予測成長率のほぼ 2.2 倍です。 、2014 年から 2025 年までの CAGR は XNUMX% と予測されています。

世界の先進的なパッケージング企業トップ 10 には、IDM 企業 10 社 (米国のインテルと韓国のサムスン) が含まれます。 TSMC は、先進的なパッケージング企業として世界トップ 10 に入る企業でもあります。 OSAT 先進パッケージング企業の世界トップ XNUMX には、ASE (台湾)、SPIL (台湾)、Amkor (米国)、Powertech Technology (台湾)、JCET (中国) が含まれます。さらに、Nepes Display (韓国) と Chipbond (台湾) という小規模な OSAT 会社が XNUMX 社あります。 XNUMX 社は高度なパッケージチップの約 XNUMX 分の XNUMX を処理しています。

米国における高度なパッケージングは​​、主に Intel、Texas Instruments、Micron などの IDM ベンダーによって提供されています。 GlobalFoundries は米国に拠点を置くファウンドリで、高度なパッケージング サービスも提供しています。さらに、Micross、Skywater、Qorvo などの中小企業は、ニッチな防衛および産業のニーズを満たす高度なパッケージング サービスを提供しています。

前述したように、中国は現在強力な高度なパッケージング能力を持っていないが、最先端の半導体生産の不足を補うために高度なパッケージング能力を開発しつつある

高度なパッケージングの能力と需要が高まるにつれ、連邦調査登録通知 (NOI) に応じて提出されたコメントでは、米国における高度なパッケージング基板 (プリント基板技術に基づく) の不足と、関連するサプライ チェーンの脆弱性が指摘されています。州。基材サプライヤーはアジアにあります。主要な基板会社としては、イビデン (日本)、ナンヤ (台湾)、シンコー (日本)、サムスン (韓国)、ユニマイクロン (台湾)、シェンナン サーキット (中国)、珠海岳雅 (中国)、AKM Electronics Industrial (中国) が挙げられます。

さらに、PCB 製造は中国に移転しており、基板サプライヤーにとって中国はより魅力的な市場となっています。 IPC/US Reliable Electronics Partnership (USPAE) は、次世代エレクトロニクス用途向けのプリント基板製造技術において、米国はアジアに 20 年遅れていると推定しています。米国はかつて世界のプリント基板製造の 30% 以上を占めていました。今ではその割合は 5% 未満です

(B) 重大なリスク

先進的なパッケージングへの中国の投資は将来の市場を脅かしています。

中国には高度なパッケージング能力が欠けていますが、中国政府は高度なパッケージングに多額の投資を行っています。高度なパッケージングは​​ここ数年、中国の半導体産業の技術の焦点となっており、国務院は30年までに中国のサプライヤーの全パッケージング収益の約2015パーセントを高度なパッケージングが占めることを目指している。2021年2018月、SMICに新たに採用された副次官が中国企業は半導体線幅の縮小における弱点を克服するために先進的なパッケージングに注力すべきであり、これはSMICが先進的なパッケージングに積極的に移行することを示す可能性があると会長は述べた。 SEMICONDUCTOR Packaging KLAのマーケティング担当シニアディレクターであるStephen Hiebert氏はXNUMX年に、「中国のフロントエンドファブプロジェクトに匹敵する高度なパッケージング能力の増加に伴い、中国でのOSATへの強力な投資が見られる」と報告した。

高度な包装材料の容量が不十分:

高度なパッケージング基板はプリント基板技術に基づいており、そのほとんどはアジア、主に中国で製造されています。これは、米国で先進的なパッケージングへの投資を検討している企業にとって課題となっています。

米国で高度なパッケージング技術を維持するには、防衛のニーズだけでは十分ではありません。

少数の米国企業が防衛ニーズに対応する高度なパッケージング ソリューションを提供していますが、これらの企業の市場シェアはわずかです。高度なパッケージング能力が米国外で成長するにつれて、その数はすぐに防衛ニーズを上回り、市場の力が海外の最先端の能力を引き寄せるでしょう。最終的には、量がイノベーションと運用学習を促進します。商業規模がなければ、米国は品質、コスト、労働力の面で技術に追いつくことができなくなります。

（3）まとめ

要約すると、米国はバックエンドATP生産能力をアジアに集中している外国資源に依存しており、それがサプライチェーンのこの部分でサプライチェーン混乱のリスクを生み出している。業界では、最先端または最小のノードでのフィーチャ サイズのますます小型化による複雑さ、歩留まりの低下、限界収益の減少を補う新しい方法が模索されているため、カプセル化はさらに高度化しています。米国とそのパートナーは高度なパッケージング能力を持っていますが、中国の高度なパッケージングへの多額の投資は将来的に市場を混乱させる可能性があります。さらに、米国には高度なパッケージング技術を開発するためのエコシステムがありません。

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