(408) 844-7100 半導体製造の未来
EEタイムズ
2020年11月6日
業界の初期には内部製造が理にかなっていましたが、ファウンドリーの統合と市場投入のスピードの成功により、大手半導体企業は自社の製造工場を持たずに競争に成功することができるようになりました。現在、ほとんどの半導体企業は自社工場を持たないが、その必要もありません。ファウンドリーは、必要な規模、幅、多様性を提供してくれます。実際、Facebook、Amazon、Appleといった非半導体企業でさえ、現在ではファブレス モデルを活用して自社チップを設計し、垂直統合を行っています。
5G,モノのインターネット(IoT)および自動運転ｎど半導体の継続的な機会の出現が、ファウンドリーモデルの実証された成功とともに、半導体企業を成長および製造戦略の再考に駆り立てています。
高度なパッケージング
製造のバリューチェーンは、複雑な集積回路（IC）やシリコンエンジニアリングから、2.5D、3D-IC、ファンアウト、システム イン パッケージなどの高度なパッケージングへとシフトしています。その目標は、半導体製造における制限を回避しながら、モジュラー コンポーネントを垂直に積み重ねることによって、コストを削減し、カスタマイズを可能にし、歩留まりを向上させることです。数十年にわたるムーアの法則によるウェーハー生産能力の倍増は、強力に維持されてはいるものの、多様化する顧客基盤に対して、かつてほどの説得力のある優位性は提供されていません。
顧客は、ますます特殊化する市場ニーズに対応するため、より高度なカスタマイズを求めています。これらのニーズは必ずしも最小で最先端のチップを必要としないため、半導体企業は顧客のニーズとウェーハコストのバランスを取るために製造を最適化することができます。
CEST（Center for Security and Emerging Technologies）が最近発表したモデルによると、5nmで製造された300mmウェハー1枚のコストは約17,000ドルです。
このような高コストを避けることは、企業にとって明らかな利点です。すべてを1つのチップに搭載する必要はないという認識と相まって、半導体企業は最先端のノードを作るよりも、アプリケーションや顧客のニーズに応えるモジュール設計に製造技術革新を集中させています。重要なのは、多くのアプリケーションのニーズを満たすために、さまざまな製品にまたがって設計に使用できる10～15のモジュール式ビルディングブロックを作成することです。このアプローチでは、優先順位とスキルセットは、エンジニアリングの互換性、品質、信頼性にシフトします。
例えば、5Gへの移行では、より高い歩留まりで完璧な革新的チップが必要とされます。5G信号は高感度であるため、エンジニアはチップ周囲の環境を適切に制御し、ノイズや信号の干渉を排除する必要があります。モジュラー アプローチを用いれば、エンジニアは、設計された環境において、チップの最高性能を保証することができます。
バックエンド製造の改善は、今後非常に重要になります。以前は、フロントエンドの製造に多くの費用が費やされ、バックエンドは後回しにされていました。現在では、新たな品質機能の導入とともに、バックエンドへの注目が高まっています。品質組織がどのように欠陥を検出し、トラブルシューティングを行うかは複雑であるが、品質組織は、これらのモジュールでより古く、より安定したテクノロジーを使用することで、新たな品質要件やトレーサビリティ要件に集中できるというメリットもあります。
例えば、シリコンの品質は、より古い、より堅牢な技術に集中するかもしれませんが、それはまた著しく重要になります。複数のチップを組み合わせることで、1つの不具合でもコストがはるかに高くなり、ウェハーから最終製品に至るまで、モジュール型チップセットのすべての部品のトレーサビリティと追跡を確実にするために、さらなる注意を払う必要があります。
自動車と産業用IoTのビジネスチャンス
5Gに加え、自動車とIoT市場にも大きな成長機会があります。しかし、これらのアプリケーションの製造要件は、デスクトップ、ラップトップ、ハイコンピュート サーバーのレガシー要件とは大きく異なります。
新しい自動車には、最大100個の相互接続された制御ユニットに8,000個ものアクティブ半導体が必要であります。これらの半導体は、Bluetooth接続から自律走行をサポートするセンサーやカメラに至るまで、新しい機能、安全性、インフォテインメント、ネットワーク機能が将来の自動車に実装されるにつれて増加し続けます。
人命がかかっている以上、失敗は許されません。極めて高い信頼性と広い温度変化での動作性は、車載アプリケーションの最も重要なニーズのひとつです。さらに、自動車に搭載される半導体チップは10～12年の耐久性が要求されるため、最先端技術ノードを使用することよりも、高い品質と製品の寿命がより重要になります。
産業用IoT（IIoT）アプリケーションにおいても、耐障害性はミッションクリティカルです。例えば、石油掘削施設を安全かつ効率的に運用するために必要な複数のセンサーは、すぐに部品を交換することができないような環境において、費用対効果が高く、信頼性の高いものでなければなりません。
高度なパッケージングは、通信とインフラストラクチャが引き続き先導する中で、他の IIoT セグメントにもメリットをもたらすことが期待されます。 Quince Market Insights によると、世界の産業用 IoT 市場は、製造業の進歩が主な要因の 1 つとして、2020 年から 2028 年にかけて 21.3% の CAGR で成長すると予想されています。
さまざまな用途の半導体チップが増え続け、あらゆるタイプの製造業に居場所があります。古いテクノロジーは驚くほど回復力があります。こうした実績のある技術と、より高度な技術をモジュール式パッケージで組み合わせることで、革新的な設計を生み出し、品質を確保し、コストを削減することができます。