Engpässe bei Automobilchips: Eine Montageperspektive

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Halbleitertechnik

20. Mai 2021

Seit März 2020 hat die Pandemie zu einer Verknappung von Gütern wie Toilettenpapier, Backmehl und Fitnessgeräten geführt. Das jüngste Opfer ist die Autoindustrie, da die Autoproduktion weltweit durch den Mangel an Chips behindert wird. Während viel über die Rolle von Halbleiterlieferanten, Foundries, Wafer-Fabriken, Bränden und Schneestürmen bei der Chip-Knappheit geschrieben wurde, sollten wir uns auch einige Komponenten in der Lieferkette der IC-Montage ansehen.

Ausrüstung für die Montage

Im 1. Quartal 2020 waren die Prognosen für den Automarkt düster und die Autohersteller haben ihre Chip-Bestellungen sofort zurückgefahren. Ich habe letztes Jahr einen Beitrag darüber geschrieben. Glücklicherweise führte die "Arbeit von zu Hause aus" zu einem plötzlichen Boom bei Server-, Cloud- und Computer-ICs, und die Produktionskapazitäten für Halbleiter wurden für diese wachsenden Anwendungen umgewidmet.

Als sich der Automobilmarkt Ende 2020 zu erholen begann, bemühten sich die Automobilzulieferer, ihre Kapazitäten wieder zu erhöhen, was sich als schwierig erwies. Die meisten Automobil-ICs verwenden drahtgebundene Gehäuse wie SOIC, TSSOP, QFN, QFP, BGA und Power Discrete.

Einem Bericht von Yole zufolge machen Drahtbondverpackungen mehr als 90% des Verpackungsmarktes in der Automobilindustrie aus.

Alle ICs verwenden Waferägen oder Lasergroover, um Wafer in einzelne Die zu zerlegen. Wirebond-ICs benötigen Die-Bonder, um einzelne Die auf Leadframe oder Laminat Substrate zu kleben. Sie verwenden dann einen Drahtbonder, um den Chip mit Gold- oder Kupferdrähten mit den Gehäuseanschlüssen zu verbinden.

Die Lieferzeiten für Drahtbonder haben sich deutlich verlängert, wie dieses Zitat des Finanzchefs des Drahtbonder-Anbieters Kulicke und Soffa (KnS) während der Telefonkonferenz zum 1. Quartal zeigt: "Die Vorlaufzeiten sind jetzt deutlich gestiegen. Ich würde sagen, es sind fast 40 Wochen", sagte Lester Wong, SVP & Chief Financial Officer bei KnS.

Und ironischerweise verzögern sich die Lieferungen von KnS-Bondern aufgrund eines Mangels an Mikrocontrollern, von denen viele wahrscheinlich von vornherein mit einem KnS-Drahtbonder zusammengebaut werden. Die durchschnittlichen Lieferzeiten für die Verpackungsgeräte von Kulicke und Soffa Industries Inc., die Mikrocontroller benötigen, haben sich auf sechs Monate verdoppelt.

Auch bei anderen Montageausrüstungen wie Waferägen, Lasergravierern, Die-Bondern und Formausrüstungen haben sich die Vorlaufzeiten verlängert, da die Nachfrage gestiegen ist. Die Ausrüstungslieferanten versuchen mitzuhalten, aber dieser Mangel an Ausrüstung verzögert den Ausbau der IC-Montagekapazitäten.

Materialknappheit

In einigen Fällen gibt es, selbst wenn Kapazitäten vorhanden sind, einen Materialmangel bei kritischen Komponenten wie IC-Substraten und Leadframes. Die Substratknappheit ist aufgrund der hohen Nachfrage nach Chips, die in Rechenzentren und beim Cloud Computing verwendet werden, schon seit einiger Zeit ein Problem. Da die Substratlieferanten mehr Kapazitäten für diese Anwendungen bereitstellen, ist das Angebot für automotive Kunden, die flip chip und wirebond ICs verwenden, eingeschränkt.

Der Aufbau neuer Kapazitäten für diese Materialien ist eine Herausforderung. Die Lieferanten von Substraten und Leadframes haben nur geringe Gewinnspannen, weshalb sie vorsichtig sind, wenn es darum geht, große Mengen an Kapazitäten in Betrieb zu nehmen. Das Ergebnis ist, dass die Vorlaufzeiten für Substrate und Leadframes länger geworden sind und die Preise gestiegen sind.

Zusammenfassung

Als die Pandemie im Jahr 2020 ausbrach, wurden die Halbleiterproduktionskapazitäten von der Automobilindustrie auf computing und Serveranwendungen umgeschichtet. Die Automobilnachfrage begann sich im 3. Quartal 2020 zu erholen, aber es war schwierig, diese Kapazitäten zurückzubekommen. Aus der Sicht der Verpackung verwenden Automobil-ICs größtenteils Wirebond-Gehäuse. Montageausrüstungen wie Drahtbonder sind knapp geworden. Auch die Materialknappheit führt zu Verzögerungen in der Lieferkette. Die Materiallieferanten für Substrate und Leadframes haben keine großen Margen und müssen im Vergleich zu den Halbleiterunternehmen, die sie beliefern, vorsichtig investieren. Diese Faktoren haben zu den anhaltenden Engpässen bei Automobilchips beigetragen.