Сборка микросхем в России: реальность и перспективы

Современное состояние рынка корпусирования микросхем в мире и РФ

Развитие рынка полупроводниковых компонентов и значительная перестройка мировой электронной индустрии в последние три десятилетия привели к разделению крупных вертикально интегрированных компаний с полным циклом разработки и производства микросхем (IDMs) и появлению как минимум трех основных бизнес-моделей отрасли. Это отдельные полупроводниковые производства (foundry), связанные с ними сервисы корпусирования и тестирования интегральных схем (OSAT) и компании — разработчики микросхем, не имеющие собственного производства (fabless). Такое положение создало условия для отдельных стран сфокусироваться на развитии полупроводниковой отрасли в рамках одной или сразу нескольких бизнес-моделей.

Что касается корпусирования микросхем, то в большей степени в этом преуспели страны Азиатского региона. Основные лидеры рынка корпусирования, такие как Amkor, ASE, SPIL и ряд других, располагают основными производственными мощностями в Китае и Тайване: примерно 70% этого рынка концентрируется именно в этих государствах. Развитая сеть технологических парков и низкая относительно западных стран себестоимость производства позволяют успешно развивать такую бизнес-модель.

При этом в последние годы в мире наблюдается четкий тренд ускорения цикличности смены технологий корпусирования: каждые 5–7 лет мировые лидеры этого рынка значительно обновляют оборудование и технологии. Ежегодный прирост рынка нового оборудования в мировых масштабах составляет порядка 20%.

Что касается российской электронной промышленности, то ей пока не удается встроиться в глобальную экосистему, и она занимает обособленное место. Доля российских компаний, занимающихся сборкой микросхем, в мировом объеме ничтожно мала.

Очевидно, что у большинства отечественных производителей интегральных схем технологии сборки микросхем значительно уступают современным мировым стандартам.

Так почему же в российской микроэлектронике с таким трудом внедряются современные технологии?

Наш рынок слишком зациклен на внутреннем спросе. Порядка 80–90% отечественного производства микросхем — это военные заказы. Специфика этого сегмента заключается в его закрытости и применении ограниченного набора технологий. При всех заявлениях о необходимости модернизации усовершенствование производства, и в том числе технологий сборки микросхем, на деле идет очень медленно.

Если же говорить о российском рынке гражданских применений, то пока ситуация складывается в пользу покупки готовых чипов от азиатских, американских или европейских производителей, которые в общей сложности поставляют в Россию порядка 90% всей микроэлектронной продукции.

Все старания лидеров отечественной отрасли в последние два десятилетия по технологическому обновлению лишь незначительно сократили отставание от мировой индустрии. При этом попытки разместить иностранные заказы в России по тем или иным причинам, за редким исключением, заканчиваются неудачей.

В этих условиях говорить о массовом внедрении современных технологий сборки микросхем в нашей стране пока не приходится.

Но не все так безнадежно. В последние годы все больше российских заказчиков, как оборонных, так и гражданских, ищут возможности сборки чипов в РФ. Причем спрос все чаще появляется на современные типы корпусов и продвинутые технологии сборки. Это способствует развитию бизнес-модели корпусирования в России. Шанс занять эту нишу появляется не только у предприятий, тесно связанных с госсектором, но и у частных компаний.

Современные технологии корпусирования ИС: перспективы применения в РФ

Мировой рынок сборки микросхем двигается в сторону все более сложных многокристальных решений на основе технологий Wafer Level Packaging и 3D-интеграции.

Многокристальная и 3D-сборка начали активно проникать на мировой рынок более десяти лет назад. На рис. 1 представлена дорожная карта развития технологии 3D-сборки микросхем в период до 2019 года. Очевидно, что в мировом масштабе будущее корпусирования именно за этой технологией.

Рис. 1. Дорожная карта развития технологии 3D-сборки микросхем (источник: Yole Development)

Однако в России этот процесс запаздывает. На сегодня методами 3D-сборки в полной мере ни одно из отечественных предприятий не располагает, хотя за последние несколько лет неоднократно делались заявления о намерениях внедрить такие технологии на российском рынке. Тем не менее существует ряд компаний с хорошей технологической базой, которые в ближайшей перспективе способны установить соответствующее оборудование и привлечь квалифицированных специалистов для осуществления полноценной трехмерной интеграции.

Говоря о многокристальных сборках, следует отметить, что уже сегодня в России есть успешные примеры разработки и корпусирования по технологии «система в корпусе» (system-in-package, SiP).

В российской специализированной литературе много написано о преимуществах многокристальных модулей и технологии SiP. В этой статье мы не будем заострять внимание на этом, лишь напомним основные из них — уменьшение размеров модуля, улучшенная производительность, снижение себестоимости конечного продукта. Эти факторы объясняют повышенный интерес к SiP-технологии со стороны многих компаний в нашей стране.

Одним из наиболее ярких примеров использования технологии «система в корпусе» на оте-чественном рынке может служить разработанный российской компанией GS-Nanotech (ОАО «ДжиЭс-Нанотех») многокристальный модуль с четырьмя интегрированными кристаллами — основным процессором, криптопроцесором, оперативной и флэш-памятью. Этот модуль планируется использовать для спутниковых телевизионных приставок. Прототип модуля представлен на рис. 2.

Рис. 2. Прототип многокристального модуля, аналог серийного образца

Как видно на рис. 2, кристаллы в корпусе располагаются в одной плоскости, что принято называть планарной, или 2D SiP технологией. При этом кристаллы разваривались золотой проволокой по технологии Wire Bond в пластиковые корпуса BGA. Все операции проводились на современном оборудовании предприятия «ДжиЭс-Нанотех», расположенного в городе Гусев Калининградской области. Компания предлагает полный комплекс услуг по проектированию, сборке и тестированию цифровых и аналоговых микросхем, а также многокристальных модулей. Объемы производства достигают 17 млн микросхем в год.

«ДжиЭс-Нанотех» также располагает мощностями, позволяющими собирать сложные высокоинтегрированные структуры в корпуса типа QFN и LGA.

Уже сегодня на предприятии ведутся разработки по сборке кристаллов по технологии Flip-Chip (метод перевернутого кристалла).

В среднесрочной перспективе компания ставит перед собой задачу освоить корпусирование микросхем на основе технологии 3D-сборки. «ДжиЭс-Нанотех» делает ставку на эту перспективную технологию, которая позволяет достичь высокой степени интеграции, как одну из своих будущих основных компетенций. Это поможет компании занять лидирующие позиции в микроэлектронной промышленности страны и усилить свои позиции на зарубежных рынках.

Сборка микросхем в России: насколько это выгодно?

Одним из важных аспектов корпусирования микросхем в России является экономическая целесообразность. Оправдана ли эта бизнес-модель в РФ? Выгодна ли для заказчика сборка чипов в РФ или дешевле покупать готовые компоненты за рубежом?

Предлагаем рассмотреть следующую бизнес-модель сборки микросхем в РФ:

• дизайн микросхемы или системы в корпусе (SiP) в России;
• изготовление пластин на любой сторонней фабрике (foundry);
• финальная сборка и тестирование в России.

Развитие такой бизнес-модели в нашей стране позволит получить российский чип, полностью «кастомизированный» согласно требованиям заказчика. Помимо этого, такая модель ведет к сокращению сроков реализации инженерных идей и запуска продуктов благодаря быстрому доступу к современному контрактному сборочному производству в РФ.

Разработкой и корпусированием интегральных схем, как и систем в корпусе (SiP), вполне могут заниматься небольшие оте-чественные инженерно-производственные компании, имеющие в штате высококвалифицированных сотрудников и новейшее оборудование по сборке чипов. Одним из таких предприятий является «ДжиЭс-Нанотех».

Безусловно, в процессе реализации предложенной бизнес-модели возникают сложности коммерческого характера, напрямую влияющие на экономическую составляющую. Особенно это проявляется при производстве гибридных микросхем или систем в корпусе, заключающих в себе несколько компонентов разных компаний. В производственной цепочке заказного модуля (SiP) могут участвовать несколько поставщиков и производителей кристаллов. Возникает необходимость координации работы с множеством компаний, имеющих свои устоявшиеся бизнес-процессы и технологические возможности. Поэтому для предприятий, занимающихся сборкой, важно не только располагать продвинутыми технологиями и высококвалифицированными инженерами, но и сильными проектными менеджерами, способными вести переговоры и добиваться выгодных предложений на кристаллы от ведущих мировых компаний.

И все же, в чем состоит экономическая выгода для сборочных предприятий и их клиентов?

В зависимости от назначения микросхемы и технологии корпусирования доля стоимости сборки корпуса может достигать 30% (и даже более) в себестоимости готового чипа. При правильном подходе корпусирование микросхем в РФ может стать маржинальным бизнесом.

Собственный опыт «ДжиЭс-Нанотех» показывает, что предложенная бизнес-модель жизнеспособна и прибыльна. Например, при выпуске многокристального модуля предприятию удалось достичь снижения себестоимости почти на 20% по сравнению с дискретными микросхемами, которые раньше компания покупала напрямую от производителей. Подобный результат был достигнут за счет миниатюризации размеров модуля и, соответственно, снижения затрат на прямые материалы, используемые в процессе корпусирования, — подложки, проволоки, клеи, молды и т. п.

Помимо этого, уменьшение размера модуля влечет за собой возможность оптимизации печатной платы и параметров корпуса конечного устройства, что в свою очередь также ведет к экономии материалов и сокращению затрат на производство.

Еще один важный аспект: предприятие пользуется преимуществами особой экономической зоны Калининградской области, а значит, имеет льготные условия налогообложения на ввоз кристаллов.

В целом сотрудничество «ДжиЭс-Нанотех» с разными заказчиками подтверждает, что при производстве систем в корпусе можно добиться значительного снижения себестоимости относительно совокупной стоимости дискретных компонентов. Можно резюмировать, что многокристальная сборка микросхем в России — это выгодный бизнес как для предприятия, производящего сборку, так и для потенциальных клиентов.

Шанс для России занять свою нишу на мировом рынке

Очевидно, что производство микросхем не может быть конкурентным в международном масштабе, если на нем выполняются в основном заказы военной промышленности. В развитых странах доля продукции для обороны и спецназначений составляет порядка 10–20% от общего объема полупроводникового производства. Остальное генерируется за счет потребительского сектора. В России эта пропорция — обратная, что ограничивает возможности отечественной электроники встроиться в глобальный рынок.

Корпусирование микросхем в РФ — один из способов переломить эту ситуацию и сократить технологическое отставание. При этом не стоит ориентироваться только на внутренний рынок. Российские предприятия, оснащенные современным оборудованием и технологиями, могут предложить западным заказчикам сборку чипов на территории РФ.

Какие же преимущества могут получить зарубежные компаний при размещении заказов на корпусирование в России?

Во‑первых, для западных производителей открываются дополнительные возможности выхода на российский рынок со своими продуктами и решениями. В свою очередь, для отечественных компаний также появляются перспективы выйти на международные рынки.

Во‑вторых, это удобное местоположение — особенно это касается предприятий, находящихся в европейской части нашей страны. Для заказчиков из Европы целесообразнее кооперироваться с российскими компаниями, чем с азиатскими. Это решает множество транспортных и логистических вопросов и позволяет экономить время доставки.

В‑третьих, это экономическая составляющая: уже сегодня отечественные предприятия могут предложить конкурентную цену на сборку микросхем для западных партнеров.

Если Россия стремится стать активным участником международного рынка, то, прежде всего, должна найти свою нишу. На современном этапе это может быть импорт зарубежных кристаллов и сборка чипов в России, а также проектирование и корпусирование многокристальных модулей как для российских, так и для зарубежных заказчиков. Следующим этапом может стать внедрение современных технологий 3D-сборки. После того как будет накоплен достаточный опыт в этой области, можно будет постепенно переносить и осваивать другие технологии, востребованные на мировом рынке.

Такое поступательное движение будет способствовать структурному и технологическому возрождению и развитию российской микроэлектронной отрасли и позволит ей занять достойное место на международной арене.