Soluzioni per la disponibilità a lungo termine dei componenti
Un prodotto a semiconduttore può essere considerato come un puzzle, costituito da molti pezzi che possono determinarne l’obsolescenza. Questi pezzi sono rappresentati dal fatturato o da uno qualsiasi dei sotto-componenti che compongono i prodotti a semiconduttore, come le tecnologie del processo di fonderia, i package, i substrati o leadframe, le piattaforme di test o le risorse di progettazione. Questi pezzi del puzzle comprendono spesso gli obiettivi aziendali o di mercato complessivi di un determinato produttore di semiconduttori. Gli obiettivi di mercato di un produttore possono cambiare nel corso del tempo, anche qualora un’azienda con sistema a lungo termine, ad esempio un cliente, non abbia modificato i propri obiettivi di prodotto. La comprensione dei rischi della disponibilità a lungo termine di una selezione di prodotti, il numero di parti offerte da produttori di componenti originali, va ben oltre i report della distinta dei materiali (bill of materials, BOM) forniti dai diversi strumenti disponibili in commercio.
Qual è l’impatto della catena di fornitura industriale sulla disponibilità a lungo termine dei prodotti?
La maggior parte dei prodotti a semiconduttore di vecchia generazione è assemblata con package a leadframe, come DIP, PLCC, QFP e PGA. Il mercato dei semiconduttori si è allontanato dai package a leadframe come elemento propulsore principale dei volumi, verso assemblaggi basati su substrato.
Perché il settore si è allontanato dagli assemblaggi leadframe?
Per comprendere a fondo perché gli assemblaggi leadframe stanno scomparendo, è importante illustrare la storia dei siti di assemblaggio, i margini di profitto e la spinta verso prestazioni in costante aumento.
La delocalizzazione produttiva ha avuto grande impulso durante gli anni ‘80. Ciò accadeva prima dell’affermazione di TSMC con tecnologie di fonderia. La delocalizzazione produttiva era motivata innanzitutto dai costi, ma anche dalle limitazioni di natura ambientale, poiché i processi produttivi negli anni ‘80 erano meno ecosostenibili rispetto a oggi. La spinta verso maggiori margini di profitto ha progressivamente eliminato dal mercato numerosi fornitori di leadframe, fino a rendere questo settore redditizio soltanto per i maggiori fornitori. I margini di profitto dei leadframe si sono ridotti a cifre esigue, mentre i margini della maggior parte delle aziende di semiconduttori sono aumentati fino al 50%. I volumi dei leadframe hanno raggiunto l’apice negli anni ‘90 e nei primi anni 2000, in concomitanza con la spinta verso IO ad alta velocità e l’invenzione dell’assemblaggio BGA. IO ad alta velocità, come quelli presenti in PCI-e, multi-gigabit ethernet, SATA, SAS, s-Rio, e altri, hanno mostrato che i wire bond limitavano le prestazioni. Gli standard di IO e altri nuovi standard che si sono affermati avevano previsioni di prestazioni del tutto irraggiungibili per i wire bond. Con il vertiginoso aumento della velocità dei dispositivi è aumentata anche la loro potenza.
Il wire bond distribuisce potenza dall’esterno del chip verso il core. Per prodotti a più alte prestazioni diventati disponibili negli anni ‘90, questa distribuzione di potenza al dispositivo dall’esterno del die era insufficiente. Flip-chip e substrati nei BGA hanno alleviato il problema della distribuzione di potenza fornendola direttamente al core e eliminando il wire bond, consentendo una migliore integrità di segnale con standard SerDes ad alta velocità. Con il declino dei volumi di produzione di leadframe nei primi anni 2000, sono comparsi assemblaggi QFN per package a bassa piedinatura. I QFN sono assemblaggi basati su un substrato, che nella maggior parte dei casi usano wire bond in volumi elevati. Arrivando a oggi, gli assemblaggi a leadframe hanno volumi nettamente inferiori a quelli basati su substrato. Il costo maggiore dell’installazione di assemblaggi a leadframe è costituito dagli utensili di taglio e formatura. Con la diminuzione del volume dei leadframe, i costi di sostituzione degli utensili di taglio e formatura per leadframe, insieme agli scarsi margini di profitto dei fornitori delocalizzati, hanno creato una fortissima spinta ad abbandonare in toto gli assemblaggi a leadframe.
Il motivo per cui l’industria ha abbandonato gli assemblaggi a leadframe è il fatto che le prestazioni tecnologiche non richiedevano wire bond, quindi i costi per continuare a produrre leadframe in volumi ridotti era eccessivo.
Rochester Electronics è consapevole di questi fenomeni e li ha anticipati, investendo nel contempo sia in assemblaggi a leadframe sia in assemblaggi QFN e BGA basati su substrato. Si è trattato di una decisione logica, in quanto ci sono miliardi di die e wafer a magazzino, la maggior parte dei quali necessita di assemblaggi a leadframe. Rochester non soltanto investe in costose opzioni di taglio e formatura per package PLCC non più disponibili presso i maggiori produttori al mondo e che molti altri produttori smetteranno presto di produrre, ma ha anche creato uno stabilimento di produzione a lungo termine, con sede negli Stati Uniti, in grado di supportare quasi tutti i tipi di assemblaggi esistenti.
Una volta approntata una soluzione di assemblaggio, deve essere praticabile anche una soluzione di test. Poiché le stesse tendenze si riscontrano nella tecnologia degli strumenti di test per permettere la transizione verso test di assemblaggi basati su substrato, l’esistenza di interruzioni di produzione può determinare obsolescenza. Gli attuali fornitori di test di produzione sono rivolti principalmente ad assemblaggi basati su substrato. Allo stesso modo, gli sforzi per ridurre i costi della produzione in serie sono attualmente rivolti ad assemblaggi basati su substrato. I test di produzione in serie inferiore in un sito OSAT diventano meno praticabili con la diminuzione dei volumi, in particolare se questo prodotto è basato su leadframe.
Data la disponibilità di wafer, cosa accade se una compagnia acquista una catena di fornitura OSAT esistente per continuare a fornire lo stesso prodotto a semiconduttore?
Secondo Rochester Electronics, questa è una soluzione a breve termine. Bisogna tenere a mente i pezzi del puzzle di produzione esaminati, dai leadframe e relativi assemblaggi ai test. Se un solo anello nella catena OSAT verrà considerato economicamente non praticabile in futuro, ne deriverà una situazione di obsolescenza. Il rischio di questa obsolescenza aumenta poiché un’azienda che supporta la gestione della catena di fornitura OSAT non può orientare il volume di prodotti così come il produttore di semiconduttori originali. Questa azienda pertanto non può usufruire dello stesso livello di prosecuzione della produzione. A breve termine, la gestione della catena OSAT può mantenere in produzione un prodotto, ma questo non è praticabile a lungo termine.
In qualità di produttore di semiconduttori su licenza, Rochester ha fabbricato oltre 20.000 tipi di dispositivi. Con oltre 12 miliardi di die in stock, Rochester è in grado di fabbricare oltre 70.000 tipi di dispositivi.
Per oltre 40 anni, in collaborazione con oltre 70 importanti produttori di semiconduttori, Rochester ha fornito ai suoi stimati clienti una fonte continua di semiconduttori essenziali.
Rochester offre una vasta gamma di servizi di produzione:
- Servizi di progettazione: possiamo replicare il dispositivo originale evitando lunghe e costose riqualificazioni, ricertificazioni o riprogettazioni del sistema. Il prodotto finale è un sostituto funzionale in termini di formato e installazione che garantisce le prestazioni della scheda tecnica originale.
- Stoccaggio di wafer: Le nostre capacità all’avanguardia comprendono un ambiente controllato con azoto, con certificazione ISO-7/10K, camere sicure e armadi individuali, casse stagne di acciaio inossidabile con controllo di umidità del microprocessore incorporato.
- Lavorazione di wafer: include Back-side Grind (BSG), dicing, ispezione dei chip e classificazione usando attrezzature all’avanguardia nei nostri stabilimenti di Newburyport, MA.
- Servizi di assemblaggio: Forniamo una vasta gamma di servizi, comprendente assemblaggi di package Quick Turn IC, assemblaggi ermetici, assemblaggi in plastica, finitura al piombo di componenti, package, substrati e replica di leadframe con una varietà di finiture al piombo, comprese Sn, SnPb, e RoHS.
- Servizi di test: Forniamo una vasta gamma di servizi di test di alta qualità, compresi analogico, digitale, segnale misto, memoria e potenza, con una serie di piattaforme preesistenti fino a soluzioni di test avanzate.
- Servizi di analisi e test di affidabilità: La nostra grande esperienza consente ai nostri clienti di accelerare i meccanismi di guasto potenziale, di aiutare a identificare le cause profonde e a intraprendere azioni per prevenire la modalità di guasto. La gamma di servizi di analisi include l’analisi elettrica, dei materiali e dei polimeri.
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