Рынок 3D-корпуса полупроводников — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по технологии (3D через кремниевые переходные отверстия, 3D-корпус на корпусе, 3D-разветвитель на основе, 3D-корпус с проволочной связью), по материалу (органическая подложка, проволочная проволока, выводная рамка, инкапсуляционная смола, керамический корпус, материал для креплени

Обзор рынка

Глобальный рынок 3D-упаковки полупроводников оценивался в 8,94 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать устойчивый рост в прогнозируемый период со среднегодовым темпом роста 15,85% до 2029 года.

Ключевые драйверы рынка

Растущий спрос на высокопроизводительные вычисления

Одним из основных драйверов глобального рынка 3D-упаковки полупроводников является растущий спрос на высокопроизводительные вычисления (HPC). Поскольку отрасли и потребители ищут устройства, которые могут быстро и эффективно обрабатывать огромные объемы данных, потребность в передовых решениях для упаковки полупроводников существенно возросла. HPC-системы, включая серверы, центры обработки данных и суперкомпьютеры, требуют высокоскоростных, высокоплотных и энергоэффективных процессоров для обработки сложных вычислительных задач.

3D-корпус полупроводников, в частности, технология 3D-интегральных схем (3D IC) и технология сквозных кремниевых переходов (TSV), удовлетворяют эти потребности, позволяя вертикально укладывать несколько слоев полупроводниковых кристаллов. Такое вертикальное укладывание сокращает расстояние, которое должны проходить электрические сигналы, тем самым минимизируя задержку и энергопотребление, одновременно повышая скорость обработки. Повышенная плотность соединений в 3D-корпусе также означает, что больше транзисторов можно упаковать в меньшую площадь, что имеет решающее значение для компактной и эффективной конструкции HPC-систем.

Рост искусственного интеллекта (ИИ), машинного обучения (МО) и аналитики больших данных еще больше подстегнул спрос на HPC. Эти технологии в значительной степени зависят от возможностей массивной параллельной обработки, которые лучше всего поддерживаются передовыми методами упаковки полупроводников. Например, ускорители ИИ, такие как графические процессоры и специализированные чипы ИИ, значительно выигрывают от способности 3D-упаковки тесно интегрировать компоненты памяти и логики, сокращая узкие места в передаче данных и повышая общую производительность системы.

Постоянные достижения в технологиях 3D-упаковки, включая лучшие решения по управлению температурой и улучшенные производственные процессы, продолжают повышать производительность и надежность систем HPC. В результате ожидается, что растущий рынок HPC останется значительным драйвером индустрии 3D-упаковки полупроводников.

Миниатюризация электронных устройств

Тенденция к миниатюризации электронных устройств является еще одним ключевым драйвером мирового рынка 3D-упаковки полупроводников. Потребители и отрасли все чаще требуют более компактные, более мощные и многофункциональные электронные устройства. От смартфонов и носимых устройств до медицинских имплантатов и устройств Интернета вещей наблюдается непрерывный толчок к более компактным и эффективным конструкциям без ущерба для производительности или срока службы батареи.

Технологии 3D-упаковки полупроводников, такие как 3D-разветвление и TSV, позволяют интегрировать несколько полупроводниковых компонентов в один корпус, тем самым уменьшая общий размер и вес конечного продукта. Благодаря вертикальному размещению кристаллов и использованию передовых методов межсоединений 3D-упаковка значительно минимизирует занимаемую площадь по сравнению с традиционными методами 2D-упаковки. Эта компактная конструкция необходима для разработки электронных устройств следующего поколения, которые должны вписываться во все более меньшие форм-факторы.

3D-упаковка также повышает производительность за счет сокращения длины межсоединений между чипами, что снижает потери сигнала и повышает скорость. Это особенно важно для высокочастотных приложений, таких как связь 5G и усовершенствованные датчики, где целостность сигнала и низкая задержка имеют решающее значение.

Например, в медицинской области более мелкие и мощные полупроводниковые устройства имеют решающее значение для разработки передового диагностического и терапевтического оборудования. Миниатюрные медицинские устройства, такие как имплантируемые датчики и портативные системы мониторинга, используют 3D-упаковку для достижения необходимой производительности и надежности в компактной форме.

Распространение устройств Интернета вещей (IoT)

Распространение устройств Интернета вещей (IoT) является важным драйвером мирового рынка 3D-упаковки полупроводников. IoT охватывает обширную сеть взаимосвязанных устройств, которые собирают, обмениваются и анализируют данные для обеспечения работы интеллектуальных приложений в различных областях, включая домашнюю автоматизацию, промышленную автоматизацию, здравоохранение, транспорт и умные города. Широкое внедрение IoT обуславливает потребность в компактных, энергоэффективных и высокопроизводительных полупроводниковых решениях.

Устройства IoT часто требуют интеграции нескольких функций в один компактный корпус. Именно здесь в игру вступают технологии 3D-упаковки полупроводников, такие как 3D-разветвление и 3D-ИС. Эти технологии позволяют интегрировать датчики, процессоры, память и коммуникационные модули в один корпус, уменьшая размер устройства и одновременно повышая производительность и функциональность. Возможность вертикального размещения нескольких кристаллов и их эффективного соединения с помощью TSV или других методов межсоединений имеет решающее значение для соответствия строгим требованиям к размеру и мощности устройств IoT.

Устройства IoT должны надежно работать в различных средах, часто с ограниченным доступом к источникам питания. Энергоэффективность, обеспечиваемая 3D-упаковкой полупроводников, имеет решающее значение для продления срока службы батареи устройств IoT и обеспечения их долгосрочной работы. Минимизируя энергопотребление межсоединений и повышая общую эффективность полупроводниковых компонентов, технологии 3D-упаковки помогают достичь целей проектирования с низким энергопотреблением, необходимых для приложений IoT.

Ожидается, что рынок IoT продолжит свой быстрый рост, обусловленный достижениями в области технологий беспроводной связи, растущим внедрением интеллектуальных устройств и разработкой новых приложений IoT. Этот рост приводит к более высокому спросу на передовые решения для упаковки полупроводников, которые могут соответствовать уникальным требованиям устройств Интернета вещей, тем самым стимулируя расширение мирового рынка 3D-упаковки полупроводников.

Основные проблемы рынка

Техническая сложность

Техническая сложность 3D-упаковки полупроводников является значительной проблемой. Этот передовой метод упаковки включает в себя вертикальное расположение нескольких полупроводниковых кристаллов и их соединение с помощью сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV) или других технологий межсоединений. Обеспечение точного выравнивания и надежных взаимосвязей между этими слоями требует высокоспециализированного оборудования и процессов. Любое несовпадение или дефект в TSV может привести к снижению производительности или полному отказу устройства. Кроме того, управление тепловыми и электрическими свойствами таких плотно упакованных компонентов добавляет еще один уровень сложности. Инновации в области материаловедения и инженерии имеют решающее значение для устранения этих технических препятствий и достижения надежных и эффективных решений для 3D-упаковки.

Соображения относительно стоимости

Высокая стоимость, связанная с 3D-упаковкой полупроводников, является еще одной серьезной проблемой. Разработка и внедрение технологий 3D-упаковки требуют значительных капиталовложений в новое оборудование, материалы и процессы. Сюда входит стоимость изготовления TSV, передовая литография и инструменты контроля. Более того, нормы выработки для процессов 3D-упаковки могут быть ниже по сравнению с традиционной 2D-упаковкой, что приводит к более высоким производственным затратам. Баланс преимуществ повышенной производительности и функциональности с возросшими затратами является важнейшей задачей для производителей. Стратегии по повышению норм выработки и снижению затрат на материалы и обработку имеют важное значение для широкого внедрения технологий 3D-упаковки.

Основные тенденции рынка

Расширенное внедрение передовых технологий упаковки

На мировом рынке 3D-упаковки полупроводников наблюдается значительная тенденция к более широкому внедрению передовых технологий упаковки. Поскольку электронные устройства становятся более сложными и требуют повышенной производительности, ограничения традиционной 2D-упаковки становятся очевидными. Передовые технологии корпусирования, такие как сквозные кремниевые переходы (TSV), 3D-интегральные схемы (3D IC) и 3D-разветвление, выходят на рынок, чтобы удовлетворить эти требования.

Например, технология сквозных кремниевых переходов (TSV) создает вертикальные электрические соединения через кремниевую пластину, обеспечивая более эффективную и быструю связь между кристаллами. Эта технология уменьшает площадь, занимаемую полупроводниковыми приборами, одновременно повышая их производительность и энергоэффективность. TSV особенно выгодна в приложениях, требующих высокой пропускной способности и низкой задержки, таких как высокопроизводительные вычисления и центры обработки данных.

Технология 3D IC, которая объединяет несколько кристаллов в один чип, также набирает обороты. Эта технология не только уменьшает размер устройств, но и улучшает их функциональность и производительность. Она особенно полезна в таких секторах, как бытовая электроника и телекоммуникации, где существует постоянная потребность в более компактных и мощных устройствах.

3D-разветвление расширяет кристаллы полупроводников наружу, увеличивая плотность межсоединений без увеличения размера корпуса. Эта технология имеет решающее значение для приложений, требующих высокоплотных соединений и эффективного рассеивания тепла, таких как смартфоны и устройства Интернета вещей.

Переход к передовым технологиям упаковки обусловлен растущим спросом на миниатюризацию, более высокую производительность и энергоэффективность в электронных устройствах. По мере того, как эти технологии становятся более зрелыми и рентабельными, ожидается, что их внедрение ускорится, что приведет к росту мирового рынка 3D-упаковки полупроводников.

Рост спроса на миниатюризацию в потребительской электронике

Бытовая электроника находится на переднем крае развития мирового рынка 3D-упаковки полупроводников, причем миниатюризация является ключевой тенденцией. Потребность в более компактных, более мощных и многофункциональных устройствах подталкивает производителей к принятию решений для 3D-упаковки, которые могут обеспечить эти характеристики.

Смартфоны, планшеты и носимые устройства являются яркими примерами устройств, которые выигрывают от 3D-упаковки полупроводников. Потребители ожидают, что эти устройства будут компактными, но мощными, с длительным сроком службы батареи и множеством функций. Технологии 3D-упаковки, такие как TSV, 3D IC и 3D-разветвление, позволяют производителям соответствовать этим ожиданиям, обеспечивая более высокую производительность и плотность интеграции в меньших форм-факторах.

Что касается смартфонов и планшетов, рост носимых устройств способствует спросу на миниатюризацию. Носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры, требуют высокоинтегрированных и эффективных полупроводниковых решений для сохранения своего компактного размера, предлагая при этом расширенные функции, такие как мониторинг здоровья, GPS и подключение. 3D-упаковка полупроводников имеет важное значение для достижения этих целей проектирования.

Тенденция к устройствам для умного дома и приложениям IoT еще больше стимулирует потребность в миниатюрных полупроводниковых решениях. Устройства для умного дома, такие как умные динамики, камеры и термостаты, требуют компактной и эффективной полупроводниковой упаковки для обеспечения бесшовной интеграции в повседневную среду. Технологии 3D-упаковки обеспечивают необходимые возможности производительности и интеграции для поддержки этих приложений.

Поскольку потребительская электроника продолжает развиваться и требовать более продвинутых функций в меньших корпусах, тенденция к миниатюризации останется значительным драйвером мирового рынка 3D-упаковки полупроводников. Производители, которые могут поставлять передовые решения для 3D-корпуса, будут иметь хорошие возможности для извлечения выгоды из этого растущего спроса.

Сегментарные данные

Технологические данные

3D Fan Out Based удерживала наибольшую долю рынка в 2023 году.

3D-корпуса с разветвлением значительно повышают производительность за счет сокращения длины межсоединений между чипами, что снижает потери сигнала и увеличивает скорость. Это имеет решающее значение для приложений, требующих высокочастотных операций, таких как современные мобильные устройства, высокопроизводительные вычисления и сетевое оборудование. Кроме того, это обеспечивает более высокую плотность компонентов, позволяя интегрировать больше чипов в меньшие размеры, поддерживая тенденцию к миниатюризации.

Эффективное управление тепловым режимом имеет решающее значение для поддержания надежности и производительности полупроводниковых устройств. Упаковка 3D-разветвления отлично рассеивает тепло благодаря своей способности распределять теплогенерирующие компоненты по большей площади, уменьшая горячие точки и улучшая общие тепловые характеристики по сравнению с традиционными методами упаковки.

Подход разветвления обеспечивает большую гибкость конструкции, позволяя осуществлять гетерогенную интеграцию различных типов компонентов, таких как логика, память и аналоговые, в одном корпусе. Такая интеграция особенно полезна для приложений «система в корпусе» (SiP), где необходимо объединить несколько функций в компактном форм-факторе.

Хотя первоначальные инвестиции в технологию 3D-разветвления могут быть высокими, в долгосрочной перспективе она может привести к экономии средств. Возможность использовать более мелкие и недорогие пластины и сокращение упаковочных материалов способствуют этой экономии. Более того, повышение производительности и производительности устройств, упакованных с 3D-разветвлением, может оправдать первоначальные затраты.

Распространение смартфонов, устройств IoT и носимых устройств стимулирует спрос на передовые решения для упаковки, которые предлагают как высокую производительность, так и компактный размер. Технология 3D-разветвления хорошо подходит для удовлетворения этих потребностей рынка, что делает ее предпочтительным выбором для производителей.

Региональные данные

Азиатско-Тихоокеанский регион занимал самую большую долю рынка в 2023 году.

Значительные инвестиции в исследования и разработки вывели Азиатско-Тихоокеанский регион на передовые позиции в области технологических достижений. Правительства и частные предприятия в этом регионе активно инвестируют в полупроводниковую промышленность, способствуя инновациям и обеспечивая быстрое внедрение передовых технологий, таких как 3D-упаковка. Эти постоянные инвестиции способствуют повышению эффективности, производительности и миниатюризации упаковки, что имеет решающее значение для современной электроники.

Наличие отлаженной цепочки поставок и сильной экосистемы поставщиков компонентов, производителей оборудования и поставщиков услуг по контрактной сборке поддерживает рынок 3D-упаковки полупроводников. Эта интегрированная экосистема позволяет оптимизировать операции и сократить время вывода на рынок новых продуктов, предоставляя компаниям Азиатско-Тихоокеанского региона конкурентное преимущество.

Азиатско-Тихоокеанский регион является домом для некоторых из крупнейших в мире потребительских рынков электронных устройств, включая смартфоны, планшеты и носимые технологии. Высокий потребительский спрос на эти устройства обуславливает потребность в передовых решениях для упаковки полупроводников, которые предлагают более высокую производительность и более компактные конструкции. Быстрый рост приложений IoT (Интернет вещей) и AI (искусственный интеллект) в регионе еще больше подпитывает спрос на сложную упаковку полупроводников.

Правительства в Азиатско-Тихоокеанском регионе внедрили благоприятную политику и стимулы для привлечения и поддержки полупроводниковых компаний. К ним относятся налоговые льготы, субсидии и инициативы, направленные на развитие местных талантов и поощрение иностранных инвестиций. Такие благоприятные нормативные рамки повышают привлекательность региона как основного направления для производства и упаковки полупроводников.

Последние разработки

• В 2023 году Samsung Electronics Co., ведущий мировой производитель микросхем памяти, представила передовую технологию трехмерной (3D) упаковки микросхем в рамках своей стратегии по конкуренции с Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), лидером в сфере услуг литейного производства.  Базирующаяся в Сувоне, Южная Корея, компания Samsung использовала передовую технологию, получившую название SAINT (Samsung Advanced Interconnection Technology), для бесшовной интеграции памяти и процессоров, необходимых для высокопроизводительных микросхем, в том числе предназначенных для приложений искусственного интеллекта (ИИ), в значительно меньшие форм-факторы. 

Ключевые игроки рынка

• Taiwan SemiconductorManufacturing Company Ltd
• ASE Technology Holding Co.Ltd 
• Samsung Electronics Co., Ltd.
• United Microelectronics Corporation
• Amkor Technology, Inc.
• PowertechTechnology Inc.
• Siliconware Precision Industries Ltd.
• Qualcomm Incorporated
• Micron Technology, Inc.
• STMicroelectronics International NV