מפחיתים סיכוני התיישנות: מרכיבים את הפאזל של ייצור מוליכים למחצה ושרשראות האספקה

פתרונות להארכת זמינות רכיבים בטווח הארוך

חלקים שונים ומגוונים מרכיבים את פאזל הייצור של מוליכים למחצה, אשר תחת תנאים מסויימים עלול להוביל להתיישנות מוצר. חלקים אלו נבדלים אחד מהשני, החל מתזרים העסק ועד לתתי-החלקים המרכיבים את מוצרי המוליך-למחצה, כגון תהליכי הייצור בבית היציקה, טכנולוגיות, מארזים, סובסטרטים ומסגרות הולכה, פלטפורמות בדיקה ומשאבי תכנון. חלקי הפאזל לרוב יכללו את מוקדי העניין התאגידיים או השיווקיים של חברות המוליכים למחצה. מוקדים אלו יכולים להשתנות לאורך חייה של חברת המוליכים למחצה, אף על פי שהלקוחות שלה, כמו חברות בעלות מערכות המיועדות לשימוש בטווח-הארוך, לא ישנו את מוקד זה בעצמם. לשם הבנת הסיכונים הנוגעים לזמינות ארוכת-טווח עבור כל מוצר נתון, כמו גם מספרי-החלק המוצעים על-ידי יצרני הרכיבים המקוריים, יש להתעמק ולבחון הרבה מעבר לרשימת החומרים (BOM) ולדוחות השונים המופקים על-ידי הכלים המסחריים הזמינים בשוק כיום.

כיצד שרשרת האספקת של תחום הייצור משפיעה על זמינות מוצרים לאורך זמן?

רוב מוצרי המוליכים למחצה הישנים יותר משתמשים בתושבת בעלת מסגרת הולכה, כמו ה-QFP ,PLCC ,DIP, או PGA. שוק המוליכים למחצה התרחק ממארזים מסוג זה והמשיך יותר לכיוון מארזים מבוססי-סובסטרט.

מדוע התעשייה התרחקה מתושבות עם מסגרת הולכה?

חשוב להכיר את ההיסטוריה של ההרכבה, החל ממקומות ההרכבה בעולם, שולי הרווח, והמעבר אל עבר הביצועים הגבוהים אשר ממשיכים לעלות, כדי להבין מדוע תושבות עם מסגרת הולכה הולכות ונעלמות.

ההרכבה בחו"ל החלה לצבור תאוצה במהלך שנות ה-80', עוד לפני השליטה של TSMC על השוק עם טכנולוגיות ייצור השבבים (foundry). שירותי ההרכבה בחו"ל הפכו לאטרקטיביים בעיקר בשל העלויות הנמוכות, אך גם בשל מגבלות סביבתיות שונות - זאת משום בשנים אלו תהליכי ההרכבה לא היו נקיים כפי שהם היום. הלחצים להגדלת שולי הרווח הביאו לצמצום משמעותי של כמות הספקים למסגרות הולכה עד שנותרו רק הספקים הגדולים ביותר אשר הצליחו לשמור על רווחיות. שולי-הרווח עבור מסגרות הולכה ירדו עד לכדי מספרים חד-ספרתיים, בעוד שרוב החברות למוליכים למחצה היו קרובים יותר ל-50%. התפוקה של מסגרות ההולכה הגיעה לשיאה בשנות ה-90 בתחילת שנות ה-2000, לצד התנועה אל עבר התקני קלט/פלט (IO) במהירות גבוהה ועם המצאתה של טכנולוגיות הרכבת BGA. IO במהירות גבוהה, כמו אלו שניתן למצוא ב-PCI-e, אתרנט בסדרי גודל של גיגה-בתים, s-Rio ,SAS ,SATA, ועוד אחרים מצאו כי חוטי החיבור מגבילים משמעותית את הביצועים. הסטנדרט החדש עבור התקני IO, לצד סטנדרטים חדשים אחרים שהחלו לצוץ, הביאו לצפי ולדרישה לרמות ביצועים שפשוט בלתי-אפשריים בשימוש בחוטי החיבור האופייניים. לצד השיפור במהירויות ההתקנים, כך עלו גם דרישות ההספק עבורם.

חוטי חיבור מעבירים כוח מהחוץ של השבב אל עבר הליבה שלו. המוצרים בעלי ביצועים-גבוהים שהפכו לזמינים במהלך שנות ה-90' הבינו כי קבלת הכוח מחוץ ל-die פנימה לא הייתה מספקת. הפליפ-צ'יפ והסובסטרטים (מצעים) ב-BGA פתרו את אתגר הפצת הכוח על-ידי אספקה ישירות אל הליבה והסרת חוטי החיבור לחלוטין, אשר שיפרו את יציבות הסיגנל ואפשרו עמידה בתקני SerDes למהירויות-גבוהות. בזמן שנפחי הייצור עבור תושבות מסגרות הולכה ירדו בשנות ה-2000 המוקדמות, החלו להופיע רכיבי QFN במארזים בעלי מספר פינים נמוך יותר. QFN הם מארזים מבוססי-סובסטרט אשר גם עושים שימוש בחוטי חיבור בהיקף רחב. נקפוץ קדימה להיום, והרכבת מסגרות מוליך נפוצה הרבה פחות בהשוואה להרכבה מבוססת-סובסטרט. בתחום ההרכבה של מסגרות מוליכים העלות הגדולה ביותר נובעת מהציוד הנדרש לביצוע תהליכי trim and form. משום שנפחי הייצור של מסגרות הולכה פחתו, העלות הגבוהה של תחזוקת הכלים הנדרשים לביצוע trim and form, ולצד שולי-הרווח החד-ספרתיים של הספקים מחו"ל, ישנו לחץ אדיר להפסיק לחלוטין את השימוש בהרכבה אשר עושה שימוש במסגרות הולכה.

התשובה לשאלה מדוע התעשייה הפסיקה לעשות שימוש בהרכבה באמצעות מסגרות הולכה, היא כי הביצועים הטכנולוגיים דרשו שימוש אפסי בחוטי חיבור, והעלות הכרוכה בהמשך הייצור של הרכבה מסוג זה לאור הירידה בנפחי הייצור הייתה עצומה.

Rochester Electronics הייתה מודעת וצפתה את המגמות הללו, תוך שהיא במקביל השקיעה בהרכבת מסגרות מוליך כמו גם בהרכבת QFN ו-BGA מבוססות סובסטרט. בהתחשב במיליארדי dies ו-wafers שהיא מחזיקה שרובם נדרשים להרכבה מסוג מסגרת הולכה, היה זה המהלך הנכון עבורה. לא די בכך ש-Rochester השקיעה רבות ביכולות ה-trim and form היקרים עבור מארזי PLCC שאינם זמינים יותר דרך בתי ההרכבה הגדולים ביותר בעולם ושנמצאים בדרכם החוצה מבתי ההרכבה האחרים, אלא היא גם מחזיקה במתקן הרכבה בארה"ב אשר יכול לתמוך כמעט בכל סוגי ההרכבה הקיימים כיום.

ברגע שהשטח מוכן עבור פתרון ההרכבה, מיד יש לחשוב על פתרון בדיקה גם כן. באופן לא מפתיע, מגמות שוק דומות נצפו עבור טכנולוגיות הבדיקה אשר נעו לכיוון בדיקות הרכבה מבוססת סובסטרט, והשאירו פער שעלול להוביל להתיישנות רכיב. רוב הזרועות הממוכנות המשמשות כיום לבדיקה במפעלי הייצור מותאמות להרכבה מבוססת-סובסטרט. רוב המאמצים הנוגעים להפחתת העלויות לטובת עלייה בנפחי הייצור מוכוונים גם הם לכיוון הרכבות מבוססות-סובסטרט. היכולת לבצע בדיקות במתקני OSAT עבור ייצור בנפח נמוך הופכת לפחות סבירה עם הירידה בנפח הייצור, במיוחד אם המוצר המדובר מבוסס מסגרת-הולכה.

אם נניח שקיימת זמינות של ה-wafers, האם חברה יכולה פשוט לבצע רכישה מתוך שרשרת אספקה של OSAT כדי להמשיך לספק את אותו מוצר המוליך-למחצה?

ב-Rochester Electronics מאמינים כי מדובר בפתרון לטווח-קצר. צריך לזכור את כל חלקי הפאזל אותם בחנו, החל ממסגרות ההולכה ועד להרכבה ולבדיקה. מספיק שחוליה בודדת מתוך השרשרת של ה-OSAT תימצא כלא משתלמת כלכלית כדי שהתיישנות תהפוך לבלתי-נמנעת. הסיכון להתיישנות גדל אף יותר משום שכל חברה אשר לוקחת חלק ותומכת בשרשרת האספקה של ה-OSAT אינה מסוגלת לעמוד בנפח הייצור הגבוה הנדרש שסופק לפניה על-ידי יצרנית המוליך למחצה המקורית. בשל כך, לאותה חברה אין את אותם המשאבים הנדרשים להבטיח רציפות בייצור המוצר. בטווח-הקצר, ניהול שרשרת האספקה של ה-OSAT יאפשר את המשך ייצור המוצר, אך פתרון זה לא יוכל להחזיק מעמד בטווח-הארוך.

כיצרנית ברישיון של מוליכים למחצה, Rochester ייצרה למעלה מ-‏20,000 סוגי התקנים שונים. כאשר בידה יותר מ-‏12 מיליארד פיסות סיליקון במלאי, Rochester מסוגלת לייצר יותר מ‏-70,000 סוגי התקנים שונים.

Rochester סיפקה במשך יותר מ-40 שנים, תוך שותפויות עם יותר מ-70 מיצרני המוליכים למחצה המובילים בשוק, מקור אמין ורציף עבור מוליכים למחצה חיוניים.

Rochester מציעה מגוון נרחב של שירותי ייצור, הכוללים:

• שירותי תכנון: אנחנו מסוגלים לשכפל את רכיב המקורי, ולמנוע תהליכים ארוכים ויקרים של בדיקה, אישור, הסמכה, או תכנון מחדש מערכות. המוצר הסופי מהווה תחליף בעל צורה, התאמה ותפקוד אשר מובטחים לתאום לביצועי גיליון הנתונים המקורי.
• אחסון פרוסות סיליקון (wafers): אנחנו מחזיקים ביכולות חדשניות מתקדמות אשר כוללות הסמכת ISO-7/10K, סביבת אחסון מבוקרת-נתרן, חדר מאובטח וארוניות פרטיות, דסיקטורים (dry boxs) עשויים פלדת אל-חלד אשר משולבים מיקרו-מעבדים עבור בקרת לחות.
• עיבוד פרוסות סיליקון: כולל חיתוך ודילול (backgrind) פרוסות, בדיקת חיתוך, ומיון באמצעות הציוד החדיש ביותר במתקנינו שבניובריפורט, מסצ'וסטס, ארה"ב.
• שירותי הרכבה: אנו מציעים מגוון רחב של שירותי הרכבה הכוללים שירות הרכבת מעגלים מהיר, הרכבה הרמטית, הרכבה פלסטית, גימורי הולכה לרכיבים, ושכפול מארז, מצע, או מסגרת הולכה במגוון גימורי הולכה כולל Sn‏, SnPb ו-RoHS.
• שירותי בדיקה: אנחנו מציעים מגוון שירותי בדיקה איכותיים כולל אנלוג, דיגיטלי, מעורב, זיכרון, והספק באמצעות מגוון פלטפורמות לגאסי ועד לפתרונות הבדיקה החדישים ביותר.
• שירותים אנליטיים ובדיקות אמינות: המומחיות הנרחבת שלנו בתחום בדיקות המאמץ מאפשרת ללקוחותינו להאיץ מנגנוני כשל אפשריים, לסייע בזיהוי שורש הבעיה, ולפעול בכדי למנוע אופני כשל. מגוון שירותיים אנליטיים כולל בדיקה חשמלית, ניתוח חומרים, ובדיקת פולימרים.

כדאי להמשיך לעקוב לקראת החלק השני לדיון זה, בו נעסוק בחלק הפאזל הנוגע לטכנולוגיות ה-wafer של מוליכים למחצה וכיצד אירועי התיישנות עלולים לנבוע גם מהן.

למדו עוד אודות שירותי ההרכבה של Rochester

צפו בסרטון זה כדי ללמוד עוד אודות יכולות הייצור של Rochester