Emballage avancé : La « bataille pour le redressement » de l’emballage

Le packaging désigne l'encapsulation des puces de circuits intégrés ou autres dispositifs semi-conducteurs dans un boîtier protecteur. Ce boîtier assure le support mécanique, la connexion électrique et la protection contre les agressions environnementales. Avec la miniaturisation croissante des puces, les technologies de packaging ont connu des améliorations successives. Personne n'aurait imaginé que cette étape de test scellée, qui représentait la plus faible valeur ajoutée de la chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs, connaîtrait un nouveau tournant décisif.

L'encapsulation avancée actuelle se caractérise par sa miniaturisation, sa finesse, sa légèreté, son espacement réduit et sa forte intégration. Elle évolue dans le but d'améliorer l'efficacité, de réduire les coûts et d'optimiser les performances. Parallèlement au développement accéléré de secteurs émergents tels que l'intelligence artificielle et l'électronique automobile, la demande du marché en matière d'encapsulation avancée est en forte croissance.

Emballages traditionnels et modernes : la valeur ajoutée ne se limite pas à l’ajout.

La conception, la fabrication et le conditionnement constituent les trois piliers du développement de l'industrie des circuits intégrés. Le conditionnement, en tant qu'étape finale de cette industrie, est directement lié à l'application ultérieure des puces. L'amélioration constante des performances des puces et la miniaturisation continue des systèmes ont également engendré de nouvelles avancées dans le domaine du conditionnement.

L'évolution historique du packaging se divise en quatre grandes étapes : la première, le packaging en ligne, principalement le packaging double en ligne ; la deuxième, les principales technologies de packaging sont les boîtiers de petite taille dérivés du montage en surface, les boîtiers de petite taille à broches de type J, les supports de puce sans broches, les boîtiers carrés plats et la technologie PGA (Pin Grid Array) ; la troisième, l'essor des technologies de packaging avancées telles que le BGA (Ball Grid Array), les boîtiers de taille de puce, les boîtiers à puce retournée (Flip Chip) ; et la quatrième, le passage du packaging bidimensionnel au packaging tridimensionnel, avec l'émergence du packaging au niveau de la plaquette (Wafer Level Packaging), du packaging au niveau du système (System Level Packaging), du packaging à antennes rayonnantes (Fan-Out Packaging), des boîtiers 2.5D/3.5D, des ponts d'interconnexion multi-puces intégrés (Embedded Multi-Chip Interconnecting Bridge) et d'autres technologies de packaging avancées.

Les boîtiers traditionnels présentent un volume important, un faible ratio cœur/boîtier, un nombre réduit de broches et une fonction unique, tandis que les boîtiers avancés sont fins et légers, à haute densité, à faible consommation et permettent une intégration fonctionnelle. En d'autres termes, le packaging avancé offre des avantages inégalés par rapport au packaging traditionnel en termes d'amélioration des performances, d'extension des fonctionnalités, d'optimisation de la forme et de maîtrise des coûts.

Bien entendu, l'innovation en matière de technologies d'encapsulation est indissociable de la recherche et du développement technologiques des entreprises. Les fonderies de plaquettes, les fabricants de composants intégrés, les entreprises de semi-conducteurs sans usine et les fabricants d'équipement d'origine développent activement des technologies d'encapsulation avancées et les technologies clés associées. Portée notamment par le développement de l'IA, la demande du marché en puces et en solutions de stockage hautes performances ne cesse de croître, et l'encapsulation avancée connaît elle aussi une croissance rapide.

Par exemple, Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., un géant de la fabrication de semi-conducteurs, a son mot à dire. Le PDG de TSMC, Wei Zhejia, a déclaré : « La demande en matière d’encapsulation avancée pour les puces d’IA reste forte, les capacités de production sont insuffisantes et cette pénurie pourrait persister jusqu’en 2025. TSMC continuera d’accroître ses capacités d’encapsulation avancée au cours des deux prochaines années. »

Dans le domaine des technologies de production de puces, TSMC occupe une position de leader depuis de nombreuses années. Elle excelle également dans l'amélioration des technologies d'encapsulation. À ce jour, TSMC a commercialisé des puces sur substrats (WOS), des puces intégrées à connexion en éventail (fan-out) et des puces d'intégration système (SIC).

En résumé, le développement des technologies d'emballage avancées bouleverse le secteur de l'emballage. La part de marché croissante de ces technologies montre que le jour où elles surpasseront les technologies d'emballage traditionnelles n'est plus très loin.

La seule façon de fabriquer des circuits intégrés dans le futur

Il est évident que la technologie d'encapsulation avancée, stimulée par l'IA et le calcul haute performance, se trouve à un nouveau tournant dans le développement des circuits intégrés, et le marché est également très optimiste quant à l'avenir de l'encapsulation avancée.

D'après les données disponibles, la capacité de production d'emballages avancés devrait croître de 30 % à 40 % en 2024. Selon les données de YOLE, le marché mondial des emballages avancés devrait poursuivre son expansion à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 9 % entre 2022 et 2028. Ce marché devrait passer de 42,9 milliards de dollars en 2022 à 78,6 milliards de dollars en 2028.

D'après une analyse spécialisée, les technologies d'encapsulation de cette année sont FCBGA, FCCSP et 2.5D/3D, cette dernière affichant la croissance la plus rapide. YOLE prévoit une augmentation significative de la taille de son marché, passant de 9,4 milliards de dollars en 2022 à 22,5 milliards de dollars en 2028, soit un taux de croissance annuel composé pouvant atteindre 15,6 %.

En matière de matériaux d'encapsulation, les substrats en verre restent au cœur des débats. Un substrat en verre désigne le remplacement des matériaux organiques par du verre dans les boîtiers organiques. Il permet d'obtenir une planéité ultra-basse, une profondeur de gravure lithographique améliorée et une excellente stabilité dimensionnelle des interconnexions. L'annonce selon laquelle Intel, Samsung, AMD et d'autres entreprises de conception, de fabrication et d'encapsulation de puces vont remplacer les substrats PCB par des substrats en verre n'est pas sans fondement.

En septembre 2023, Intel a annoncé « une avancée majeure dans le développement de substrats en verre pour la prochaine génération d'encapsulation avancée ». À l'époque, Intel a déclaré que les substrats en verre pourraient permettre d'intégrer jusqu'à 1 000 milliards de transistors sur un seul boîtier au cours de la décennie suivante, et a également indiqué qu'elle utiliserait des substrats en verre pour l'encapsulation avancée plus tard dans la décennie.

Samsung considère les substrats en verre comme l'avenir du conditionnement des puces. En janvier dernier, lors du CES 2024, Samsung a annoncé son entrée sur le marché des substrats en verre pour semi-conducteurs et prévoit de mettre en place une ligne pilote en 2024, de produire des prototypes en 2025 et de lancer la production en série en 2026.

Par ailleurs, le plus grand fournisseur mondial de substrats a également annoncé en octobre dernier son intention de développer des substrats en verre comme nouvelle activité. Il apparaît donc que le substrat en verre représente une menace réelle, et plusieurs géants du secteur ont déjà élaboré leurs plans. L'encapsulation avancée est la seule voie possible pour le développement futur des circuits intégrés, et la concurrence dans ce domaine est déjà engagée, des technologies aux matériaux, à tous les niveaux.

Fountyl Technologies Pte Ltd., basée à Singapour et forte de 20 ans d'expérience dans l'industrie des semi-conducteurs, se spécialise dans la fabrication de pièces en céramique de pointe. Son produit phare est le mandrin à rainure annulaire. L'entreprise maîtrise l'intégralité du processus, du frittage à l'usinage de précision, en passant par les tests et le nettoyage, et garantit des délais de livraison respectés. Ses produits sont exportés vers plus de 20 pays et régions, notamment aux États-Unis, en Europe et en Asie du Sud-Est.