ملخص
توفر رقائق السيليكون الأساس لتصنيع العديد من سلع أشباه الموصلات المتقدمة، والتي بدورها تشكل الأساس الذي تتشكل عليه صناعة أشباه الموصلات. لوحظ تغير تدريجي في حجم وقطر رقائق السيليكون على مدى بضع سنوات. يؤدي هذا في النهاية إلى موجة جديدة من المناقشات حول تجاوز حجم الرقاقة الحالي بشكل كبير بسبب الطلب المتزايد على سلع أشباه الموصلات المتقدمة، وذلك في المقام الأول كوسيلة لتعزيز معدل إنتاج FABs وOSAT لأشباه الموصلات الجديدة. في الوقت الحالي، تعد الرقائق مقاس 200 مم (7.9/8 بوصة) هي محور اهتمام معظم FABs وOSAT، مع تركيز عدد صغير على الرقائق مقاس 300 مم (11.8/12 بوصة). في النهاية، يعتمد اختيار حجم الرقاقة على الاستثمار والاستراتيجيات أكثر من كونها تقنية. وذلك لأن كل تغيير في حجم الرقاقة يؤثر على تدفق أشباه الموصلات من طرف إلى طرف بالكامل.
تتزايد الحاجة إلى سعة 200 ملم بسبب تطور الطلب على إنترنت الأشياء (IoT)، وتطبيقات الهاتف المحمول، والسيارات. تعمل هذه التطبيقات على إحياء إنتاج 200 مم وتزيد الحاجة إلى مكونات مثل الطاقة والتناظرية والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة وأجهزة الاستشعار. أنها لا تتطلب عمليات التصنيع المتطورة. تنتقل مختلف الشركات المصنعة للأجهزة المتكاملة (IDM) إلى إنتاج الرقاقات مقاس 8 بوصات لأشباه الموصلات من الجيل الثالث بما في ذلك GaN وSiC.
تأثير حجم الرقاقة على صناعة أشباه الموصلات
أحد العوامل الرئيسية في تحديد بناء FABs وOSAT هو حجم الرقاقة. السبب الرئيسي هو أن الأدوات والمعدات اللازمة تعتمد على حجم الرقاقة، ومع زيادة حجم الرقاقة، تزداد أيضًا تكلفة بناء FABs وOSATs إضافية. ولهذا السبب، يعد اختيار حجم الرقاقة المناسب أمرًا ضروريًا. إن اختيار حجم الرقاقة هو في النهاية مدفوع بالاستراتيجية والاستثمار أكثر من كونه تقنيًا. وذلك لأن كل تغيير في حجم الرقاقة يؤثر على تدفق أشباه الموصلات من البداية إلى النهاية.
توضح النقاط أدناه بشكل لا لبس فيه كيف يؤثر حجم الرقاقة على عدة جوانب من عملية أشباه الموصلات. هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند تحديد حجم الرقاقة التي سيتم استخدامها لإنشاء منتج الجيل التالي، بدءًا من التكلفة إلى العائد.
الشكل 1: العوامل التي تم أخذها في الاعتبار عند تحديد أحجام الرقاقات
حجم الرقاقة: مما لا شك فيه أن المزيد من القوالب لكل وحدة مساحة يتم توفيرها من خلال أحجام الرقاقات الأكبر. تتيح المساحة الأكبر لإنشاء المزيد من القوالب في نهاية المطاف لـ FABs وOSATs تصنيع واختبار/تجميع المزيد من القوالب في فترة معينة. يؤدي ذلك إلى تسريع معدل تصنيع أو تجميع المنتجات الجديدة، وقد يفيد أيضًا سلسلة التوريد في بعض الحالات عند زيادة حجم الرقاقة.
يموت لكل رقاقة: يرتبط عدد القالب لكل رقاقة ارتباطًا مباشرًا بحجم الرقاقة حيث أنه يتيح لبيوت تصميم أشباه الموصلات تقدير مقدار خفض التكلفة. في النهاية، بالمقارنة مع الرقاقة ذات الحجم الأكبر، فإن الرقاقة الأصغر حجمًا لمنتج مطلوب بشدة ستؤدي إلى تعظيم طلبات الرقاقة. وبالتالي، تحتاج الشركات في كثير من الأحيان إلى استثمار المزيد من الوقت في تقييم فوائد وعيوب استخدام الرقائق من وجهة نظر تجارية بسبب عملية التوازن الدقيقة هذه.
إجراء: نظرًا لأن حجم الرقاقة يعتبر العامل الأكثر أهمية، فيجب على منشآت تصنيع أشباه الموصلات أن تخطط وتحدد مسبقًا أحجام الرقاقة التي ستدعمها خلال السنوات الخمس إلى العشر القادمة. الاعتبار الأساسي هو تكلفة إعداد العملية اللازمة لكل ترقية لحجم الرقاقة. ركزت معظم منشآت أشباه الموصلات على الرقائق مقاس 200 مم (7.9/8 بوصة) لأنها تتيح تحقيق التوازن بين الجوانب الفنية والتجارية. ومع ذلك، فإن متطلبات 300 ملم (11.8/12 بوصة) تجبر FABs وOSATs على التحديث.
يكلف: يعتبر عامل التكلفة أيضًا أحد أهم العوامل لتطوير منتج أشباه الموصلات حيث يهيمن عليه حجم الرقاقة. بالإضافة إلى تكلفة الرقاقة، يجب أن تؤخذ في الاعتبار نفقات FAB وOSAT. عند مقارنتها برقاقة مقاس 300 مم (11.8/12 بوصة)، فإن تكلفة إنتاج وتجميع رقائق أشباه الموصلات ستكون بلا شك أقل عند استخدام رقاقة مقاس 200 مم (7.9/8 بوصة). في النهاية، المفتاح هو إنشاء الهامش عن طريق اختيار حجم الرقاقة المناسب.
أَثْمَر: تاريخيًا، انخفض العائد مع زيادة حجم الرقاقة. عندما يتم تصنيع منتج على رقاقة 200 مم (7.9/8 بوصة) بدلاً من رقاقة 300 مم (11.8/12 بوصة)، فإن إنتاجية الأولى ستكون أقل. سيكون الناتج النهائي قابلاً للمقارنة في النهاية، ولكن مع زيادة أحجام الرقاقات، سينخفض الناتج في الغالب لأنه يستغرق وقتًا أطول لإتقان عملية أشباه الموصلات. تتحسن هذه العملية حيث يستخدم المزيد من المنتجات نفس حجم الرقاقة لأنه يمكن تطبيق الدروس المستفادة لتعزيز إجمالي إنتاجية المنتج. يتأثر العائد النهائي أيضًا بشكل كبير بمعالجة الرقاقة، ومع زيادة حجم الرقاقة، يصبح تقليل عدد خطوات العملية أكثر صعوبة بسبب العدد الكبير من القوالب في كل منطقة معينة.
شهد سوق معدات تصنيع أشباه الموصلات نموًا كبيرًا بسبب الطلب المتزايد على أجزاء أشباه الموصلات في السيارات الكهربائية والهجينة. إضافة إلى ذلك، فإن الزيادة في وحدات التصنيع لبناء FABs تكمل النمو في الفترة المتوقعة. وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، من المتوقع أن ينمو سوق معدات تصنيع أشباه الموصلات العالمية بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 9.5٪ في الفترة من 2022 إلى 2030.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة:https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-semiconductor-manufacturing-equipment-market
تسليط الضوء على استخدام الرقائق في التطبيقات المختلفة
وفقًا لـ SEMI، مع اقتراب الصناعة من رقم قياسي مرتفع يزيد عن 7.7 مليون رقاقة شهريًا (wpm)، من المتوقع أن يزيد مصنعو أشباه الموصلات على مستوى العالم من سعة تصنيع 200 مم بنسبة 14٪ من عام 2023 حتى عام 2026، مضيفين 12 شريحة FAB جديدة بحجم 200 مم (باستثناء EPI) ).
إن المحركات الأساسية لاستثمار 200 ملم هي الطاقة وأشباه الموصلات المركبة، والتي تعتبر ضرورية لقطاعات السيارات والصناعة والاستهلاك. ومع ارتفاع استخدام السيارات الكهربائية، من المتوقع أن تؤدي التطورات في محولات توليد الحركة ومحطات شحن السيارات الكهربائية، على وجه الخصوص، إلى زيادة سعة الرقاقة بقطر 200 ملم على مستوى العالم. يؤدي ارتفاع محتوى الرقائق في المركبات الكهربائية والرغبة في تقليل أوقات الشحن إلى زيادة التوسعات في السعة حتى مع استقرار المعروض من رقائق السيارات.
ولتلبية الطلب المستقبلي، يقوم مزودو الرقائق مثل STMicroelectronics، وBosch، وFuji Electric، وInfineon، وMitsubishi، وOnsemi، وRohm، وWolfspeed بتسريع مشاريعهم بسعة 200 مم.
يشهد السوق العالمي لأشباه موصلات الطاقة SiC نموًا كبيرًا في السنوات الأخيرة بسبب الطلب المتزايد على إلكترونيات الطاقة عبر مختلف الصناعات مثل الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات والصناعة في البلدان النامية وهو أحد العوامل. ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى العديد من المزايا بما في ذلك التصميم المدمج والدائرة المبسطة والقدرة على تحمل التيار والجهد العالي. وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، من المتوقع أن ينمو سوق أشباه موصلات الطاقة العالمية من SiC بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 9.5٪ في الفترة من 2022 إلى 2030.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة:https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-sic-power-semiconductor-market
لدى المصنعين حافز قوي لتقصير المهل الزمنية نظرا للطلب القوي على السيارات. إن FABs الناضجة التي تنتج رقائق بحجم ستة وثمانية بوصات، تستخدم في الغالب في وحدات التحكم الإلكترونية المختلفة للسيارات، قد تجد هذا الأمر صعبًا. غالبًا ما تكون هذه الرقائق أقدم وأقل كفاءة. يمكن تقصير الأطر الزمنية للإنتاج عن طريق زيادة الأتمتة وزيادة الإنتاج من خلال مرافق جديدة وإعدادات الأدوات، ولكن حتى في المرافق الحديثة، يكون اعتماد هذه الاستراتيجيات صعبًا ويستغرق وقتًا طويلاً. ويمكن للمصانع الناضجة أن تتبنى استراتيجية أكثر صرامة وشمولاً تركز على أربع مهام أساسية لزيادة الإنتاج بسرعة أكبر: تعزيز الكفاءة الإجمالية للمعدات (OEE)، والتحكم في العمالة بشكل استباقي، والتخلص من مخاطر البنية التحتية، وإدارة الأداء ديناميكيًا.
وفقًا لتقرير SEMI 200mm Fab Outlook to 2026، ستزداد قدرة المصانع في مجال الطاقة وأشباه موصلات السيارات بنسبة 34% بين عامي 2023 و2026. وستأتي الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) والتناظرية والمسبك في المركزين الثالث والرابع بنسبة 8% و6% و8 %، على التوالي، خلف وحدة المعالجات الدقيقة/وحدة التحكم الدقيقة (MPU/MCU)، بنسبة 21%.
رؤى إقليمية
خلال ذروة وباء كوفيد-19 في عام 2021، شهدت الولايات المتحدة نقصًا مفاجئًا وشديدًا في أشباه الموصلات. وتأثرت العديد من الشركات الكبيرة بشدة بهذا النقص، بما في ذلك الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة المنزلية، والطاقة المتجددة، والسيارات. وكان للعجز تداعيات مالية خطيرة. وتقدر وزارة التجارة الأمريكية أنها خفضت النمو الاقتصادي الأمريكي بما يقرب من ربع تريليون دولار في ذلك العام.
وبعيداً عن التداعيات المالية، كشف النقص في الرقائق عن مدى اعتماد العديد من الشركات الأمريكية على أشباه الموصلات المصنوعة في آسيا. كان الوباء بمثابة صحوة غير سارة، وصدمة حادة. ونظرًا لاعتماد البلاد الكبير على أشباه الموصلات المصنوعة في آسيا، كان الاقتصاد عرضة لأحداث غير متوقعة.
تم إنشاء قانون إنشاء حوافز مفيدة لإنتاج أشباه الموصلات والعلوم (قانون CHIPS) نتيجة للتأثير المالي. يخصص قانون الرقائق والعلوم، الذي تم التوقيع عليه ليصبح قانونًا في 9 أغسطس 2022، حوالي 53 مليار دولار أمريكي للنهوض بـ "أبحاث أشباه الموصلات الأمريكية وتطويرها وتصنيعها وتطوير القوى العاملة"، كما جاء في بيان صحفي صادر عن البيت الأبيض. في الموعد.
وكشف الاتحاد الأوروبي عن استراتيجية مماثلة في أبريل من عام 2023. ويهدف قانون الرقائق الأوروبي على وجه التحديد إلى مضاعفة حصة السوق العالمية لصناعة أشباه الموصلات من 10% إلى 20% بحلول عام 2030 من خلال تخصيص 43 مليار يورو، أو ما يقرب من 47 مليار دولار أمريكي، لـ 27 دولة عضوا.
وفي محاولة للحصول على المزيد من الاستقلال في تصنيع أشباه الموصلات، تطلق أوروبا والولايات المتحدة حالياً مشاريع بناء ضخمة لبناء مرافق تصنيع أشباه الموصلات الخاصة بهما.
على سبيل المثال،
ومن أجل جعل الاقتصادات أكثر مرونة في مواجهة الأزمات الجيوسياسية في المستقبل، تعمل الولايات المتحدة والدول الأوروبية على تعزيز سلاسل التوريد لديها وزيادة كمية الرقائق المصنعة محليا.
الشكل 2: السعة الجديدة المكافئة 200 ملم، حسب المنطقة (2022-2025)
المصدر: تحليل DBMR
وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، تمتلك منطقة آسيا والمحيط الهادئ حصة كبيرة في السعة التصنيعية 200 ملم و300 ملم، مقارنة بالمناطق الأخرى وهي أوروبا والشرق الأوسط وأمريكا. ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى البنية التحتية المتقدمة، والحضور الكبير للاعبين في السوق، والاستثمار القوي في البحث والتطوير، والمبادرات الحكومية الصارمة نحو التبني من بين أمور أخرى. علاوة على ذلك، تعتبر منطقة آسيا والمحيط الهادئ أكبر سوق لأشباه الموصلات مع دول مثل الصين وتايوان واليابان.
الشكل 3: الحصة السوقية المقدرة للطاقة الإنتاجية الجديدة 200 ملم حسب المنطقة (2022-2025)
المصدر: تحليل DBMR
فيما يتعلق بالتصنيع، لا تزال الصين في المقدمة عندما يتعلق الأمر بالاستثمارات لتوسيع إنتاج 300 ملم بالإضافة إلى 200 و150 ملم. تقوم IDMs للطاقة الرئيسية ببناء خطوط جديدة بحجم 300 مم، أو توسيع الخطوط الحالية. يتضمن النظام البيئي شركات مثل Bosch، وToshiba، وInfineon Technologies، وNexperia. هناك عدد قليل من خطوط 200 مم يتم إنشاؤها عالميًا، ويتم تحويل خطوط 150 مم إلى 200 مم. وبصرف النظر عن ذلك، فإن IDMs للطاقة التي تتنافس على سعة 200 مم من SiC تشمل Wolfspeed، Infineon Technologies، CRCC، وغيرها.
المبادرات التي اتخذها المصنعون المختلفون نحو زيادة الطاقة الإنتاجية
فيما يلي بعض المبادرات الإستراتيجية التي اتخذتها الشركات المصنعة المختلفة لزيادة الطاقة الإنتاجية:
يشهد سوق السيارات الكهربائية العالمي نموًا كبيرًا في السنوات الأخيرة بسبب عدة عوامل مثل زيادة المبادرات الحكومية تجاه السيارات الكهربائية، وتخفيض أسعار بطاريات السيارات الكهربائية، وتطوير شحن السيارات الكهربائية العامة والخاصة، والتقدم في تقنيات شحن السيارات الكهربائية عبر الوسائل اللاسلكية وغيرها الكثير. وفقًا لتحليل Data Bridge Market Research، من المتوقع أن ينمو سوق السيارات الكهربائية العالمية بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 20.35٪ في الفترة من 2023 إلى 2030.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة:https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-electric-vehicle-market
توصيات لصناعة أشباه الموصلات في المستقبل نحو حجم رقاقة جديد
كما أن الأزمة المستمرة لندرة أشباه الموصلات تثير أيضًا مناقشات حول توسيع الإعداد ومتابعة أكبر حجم من الرقائق التي يتم إنتاجها حاليًا، 300 ملم (11.8/12 بوصة).
يستلزم ذلك مطالبة جميع تصميمات FABs وOSAT المستقبلية باختيار 300 مم أو حتى 450 مم (17.7/18 بوصة)، والتي لم يتم استخدامها بعد للتصنيع على نطاق واسع. نقطة الخلاف الرئيسية هي أنه من خلال منح FABs وOSATs الوسائل اللازمة لإنتاج المزيد من القوالب لكل وحدة مساحة، فإنها قد تعزز قدرتها. مما لا شك فيه أن هناك حاجة إلى إنفاق كبير لهذا الغرض، وسيختار عدد قليل من FAB/OSAT رقاقة أكبر من 200 مم (7.9/8 بوصة).
يعد حجم الرقاقة عاملاً آخر يجب على صناعة أشباه الموصلات مراعاته نظرًا للاعتماد المتزايد على أجهزة أشباه الموصلات. إن بناء المزيد من FABs وOSATs وتجهيزها للمتطلبات المستقبلية هو الإستراتيجية الأكثر فعالية لإزالة أي طلب مستقبلي يسبب النقص. يجب أن تبدأ FABs/OSATs في التخطيط لـ 450 مم الآن حتى لو تم بناؤها لأول مرة وتجهيزها برقاقة 200 مم أو 300 مم. ومن خلال اعتماد مثل هذه الخطة، ستكون FABs وOSATs مستعدة للطلب المستقبلي، والذي قد يتجاوز بلا شك القدرة الإجمالية التي سيكون من الممكن الوصول إليها في المستقبل القريب.
هناك حاجة إلى تدابير قوية لتشجيع استخدام أحجام الرقائق التي تكون أكبر بكثير من تلك المصنعة الآن، وبشكل أساسي 450 ملم. تقدم خريطة الطريق أدناه شرحًا شاملاً للأسباب التي تدعو إلى اتخاذ إجراءات مميزة في اتجاه أحجام الرقاقات الأكبر.
سعة: ونظراً لندرة أشباه الموصلات، فإن القدرة اليوم ـ التي تعتمد على مجموعة متنوعة من أحجام الرقاقات ـ غير كافية بلا شك. مما لا شك فيه أن زيادة عدد FABs وOSAT ستعزز القدرة، ولكن ليس بقدر زيادة حجم الرقاقة. يجب على الشركات التي تنتج أشباه الموصلات أن تأخذ في الاعتبار التكاليف طويلة المدى للتأخير في الترقية إلى أحجام أكبر من الرقائق. يمكن أن تكون الرقائق FABs/OSATs في نطاق 300 مم هي نقطة البداية، ويمكن أن تصل إلى 450 مم.
فاب لايت: يعد تطوير عدد قليل من FABs و OSAT المتخصصة لأشباه الموصلات والتي تخدم حصريًا أحجام الرقاقات الضخمة في المستقبل بمثابة استراتيجية أخرى لإدارة حجم الرقاقة. يمكن أن تكون هذه مرافق مخصصة لرقائق FABs/OSATs بأبعاد 450 أو 675 ملم (26.6/27 بوصة). ووفقاً لهذه الخطة، ستكون المباني الجديدة بمثابة مراكز بحث وتطوير لأحجام الرقائق الأكبر في المستقبل. مع تقدم التكنولوجيا، سيصبح التصنيع الضخم ممكنًا بفضل انخفاض تكلفة استخدام هذه الأحجام الكبيرة من الرقائق.
تعاون: من المكلف إنشاء FABs وOSATs التي يمكنها معالجة أحجام الرقاقات الأعلى. إن الجمع بين مختلف الشركات المصنعة والاستثمار في المرافق المجمعة التي تخدم مختلف العملاء هو الخيار الوحيد لتقليل هذه النفقات. ورغم أن الملكية الفكرية وغيرها من القضايا السرية سوف تنشأ بلا شك نتيجة لذلك، فإن زيادة القدرة التي تركز على أحجام الرقائق الأكبر حجما لا يمكن زيادتها دون تعاون.
العقدة المستهدفة: بالنسبة لعقد تقنية معينة، يمكن أيضًا استخدام أحجام أكبر من الرقاقات. وفي هذا النهج، يمكن تحقيق التوازن بين الاستثمار اللازم وتكلفة التصنيع. قد تكون العقد الأقدم ذات العمليات الأكثر موثوقية من تلك التي تحتوي على تقنيات جديدة قادمة هي العقد الأكثر ملاءمة. وهذا يمكن أن يشجع بلا شك على استخدام أحجام أكبر من الرقائق أيضًا.
كفاءة: في نهاية المطاف، من خلال شحن المزيد من الأجزاء في نفس الوقت، تعمل أحجام الرقاقات الأعلى على تحسين الكفاءة. وطالما أن تكنولوجيا الإنتاج اقتصادية، فإن التكلفة الإجمالية والاستثمار سوف تتساوى. هذه مجرد حجة أخرى لصالح أحجام أكبر من الرقائق في صناعة أشباه الموصلات.
خاتمة
يرجع عدم القدرة على إنتاج الرقائق مقاس 8 بوصات في الغالب إلى الارتفاع المستمر في الطلب على معالجات الإشارات المختلطة وأجهزة الطاقة. يبدو أن المسابك ستعمل على توسيع طاقتها نظرًا لأن توريد الرقائق مقاس 8 بوصة وصل إلى أعلى مستوياته على الإطلاق. علاوة على ذلك، تهتم المسابك بشراء خطوط إنتاج 8 بوصة والآلات ذات الصلة من IDMs. لقد لوحظ أن عددًا قليلاً جدًا من الموردين ينتجون حاليًا معدات أشباه الموصلات مقاس 8 بوصات، مما يعني أن سعر هذه المعدات ارتفع فجأة، وكان هناك شح خطير منذ عام 2019. وقد أدى ذلك إلى قيام بعض المسابك بزيادة سعر 8- بوصة. رقائق بوصة لعملائها.
وقد لوحظ أن بعض منتجي الدوائر المتكاملة يقومون بنقل تصميماتهم الحالية من خطوط 8 بوصة بطول 180 نانومتر و350 نانومتر إلى خطوط أحدث برقائق مقاس 12 بوصة. بالإضافة إلى ذلك، يوفر عدد كبير من المسابك عمليات 130 نانومتر مناسبة يتم إنتاجها على رقائق مقاس 12 بوصة، والتي يمكن استخدامها كمصدر احتياطي أو مصدر أساسي لتلبية متطلبات القدرة المستقبلية وتنويع سلسلة التوريد جغرافيًا.
يجب على المنظمات التي تستخدم السيليكون حاليًا في الرقائق مقاس 8 بوصات أن تعطي الأولوية لتقييم احتياجاتها المستقبلية، حيث يجب تفسير النقص الحالي على أنه تحذير. إذا كانت هناك حاجة إلى قدر كبير من السعة، فيجب عليهم التفكير في الانتقال إلى عقدة مقاس 12 بوصة ومنح أنفسهم الوقت لإنهاء العملية إما في مصنع الإنتاج الأساسي أو الثانوي
وقد خدمت DBMR أكثر من 40% من شركات Fortune 500 على المستوى الدولي ولديها شبكة تضم أكثر من 5000 عميل. سيكون فريقنا سعيدًا بمساعدتك في الرد على استفساراتك. يزور، https://www.databridgemarketresearch.com/contact
اتصل بنا
