Какие ниши в области изготовления интегральных микросхем мы можем занять

--> Дата: Апр 1, 2022 553

Завод GS Nanotech входит в состав GS Group и ведет свою историю с 2012 г. Он специализируется на крупносерийном корпусировании интегральных микросхем для гражданской электроники.

Напомним, что согласно «Стратегии развития электронной промышленности до 2030 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ № 20-p от 17 января 2020 г., структурно электронная промышленность РФ состоит из трех основных групп: организации с государственным участием, с частным российским капиталом и с иностранным капиталом.

По состоянию на 2019 г. в отрасли насчитывалось 422 организации с госучастием, 370 из которых были включены в сводный реестр РФ организаций оборонно-промышленного комплекса. Эти организации обеспечивали около 55% отраслевой выручки.

Организаций с частным российским капиталом в том же году насчитывалось 1200, преимущественно малых и средних предприятий, ориентированных в основном на коммерческие рынки, но при этом играющих значимую роль в исполнении государственных контрактов. Такие организации обеспечивали около 23% отраслевой выручки. Организации с иностранным капиталом были представлены 30 предприятиями, на долю которых приходилось до 22% отраслевой выручки.

Согласно этой классификации, GS Nanotech относится к категории организаций с частным российским капиталом.

Классификация интегральных микросхем

Аналитики классифицируют интегральные микросхемы по следующим критериям:

функциональному назначению (аналоговые, цифровые, аналого-цифровые и цифроаналоговые);

технологическим нормам (в нанометрах);

степени интеграции – МИС, СИC, БИС, CБИС, ГИС и т. д., (МИС – малая интегральная схема, до 10 элементов; CИC – средняя интегральная схема, от 10 до 100 элементов; БИС – большая интегральная схема, от 100 до 1000 элементов; СБИС – сверхбольшие интегральные схемы (от 1000 до 10 тыс. элементов); ГИС – гигантская интегральная схема, от 10 до 100 тыс. элементов).

Впрочем, сейчас, как отмечает С. Беляков из GS Nanotech, самый простой контроллер относится к категории микросхем класса ГИС.

Кроме того, возможна классификация интегральных микросхем по типам корпусов (DIP, SIP, ZIP, SOP, QFP, QFJ, PGA, LGA, BGA и т. д.) и материалам, из которых эти корпуса изготавливаются (пластиковые, керамические, металлокерамические). Основные термины и определения, связанные с классификацией микросхем по типам корпусов, можно найти в ГОСТ Р 54844-2011 «Микросхемы интегральные. Основные размеры».

О возможностях производства различных типов микросхем на российских предприятиях, о технологиях и перспективах такого производства в условиях санкций рассказывает руководитель департамента маркетинга GS Nanotech Сергей Беляков.

– В рамках существующих классификаций какие ниши в области изготовления интегральных микросхем мы реально можем занять?

– На российском рынке широкое применение получили планарные микросхемы с выводными типами корпусов, например DIP, SIP, ZIP, SOP, QFP, используемые для промышленных и прочих задач. Ряд предприятий в России производят такие микросхемы уже несколько десятилетий.

Что касается нашей компании, то такие типы микросхем мы не выпускаем. Основная специализация GS Nanotech – более современные металлополимерные типы корпусов с матричным расположением контактов: BGA, LGA. Мы также предлагаем заказчикам аналог выводного корпуса QFN с контактными площадками на нижней части корпуса. Это достаточно востребованные типы корпусов в гражданской электронике. Например, на мировом рынке подавляющее большинство микросхем для потребительской электроники выпускается в корпусах типа BGA, LGA. В последние годы мы видим, что многие российские производители электроники начинают все больше использовать такие микросхемы в своих решениях.

Наша компания специализируется на крупных сериях, но мы выполняем и мелкосерийные заказы. Производимые нами цифровые либо аналоговые микросхемы, контроллеры, микропроцессоры используются для разных задач. В том числе мы обладаем компетенциями по корпусированию NAND-памяти и производим на ее основе твердотельные накопители (SSD) собственной разработки.

Наше оборудование позволяет проводить корпусирование и в металлокерамику, но это не является нашей основной компетенцией. В то же время в нашем активе есть ряд проектов, когда заказчики обращались к нам со сложной разваркой в металлокерамические корпуса, и мы успешно выполняли такие задачи.

– Возможна ли кооперация отечественных предприятий с зарубежными компаниями, которые не ввели высокотехнологичных санкций в отношении России? Могут ли, к примеру, российские компании проводить разделение уже готовых кремниевых пластин на кристаллы? заключать кристаллы в корпуса? вести выходной контроль готовых ИС и упаковку интегральных микросхем?

– Разумеется. Наш завод специализируется именно на этих технологических процессах. Мы получаем от заказчиков в виде давальческого сырья или самостоятельно заказываем кремниевые пластины с кристаллами от разных производителей. Другие материалы, необходимые для корпусирования, мы также приобретаем у поставщиков по всему миру. Пандемия COVID-19 подготовила нас к диверсификации поставщиков – последние два года мы расширяли их число и географию, чтобы снизить риски в поставках материалов и комплектующих.

Что касается полупроводниковых пластин, то мы работаем с пластинами диаметром до 300 мм. У нас есть контракты, по которым мы оказываем только услуги по подготовке и разделению пластин на отдельные фрагменты либо кристаллы по ТЗ заказчика. Но чаще мы оказываем услугу в комплексе – от проектирования корпуса микросхемы до резки кремниевых пластин на отдельные кристаллы, их интеграции в пластиковый корпус с последующим тестированием и отбраковкой микросхем.

– Интегральные микросхемы каких топологических норм вы можете корпусировать?

– Чем меньше величина топологической нормы, по которой изготовлен сам кристалл, тем большее количество транзисторов он содержит и, соответственно, тем выше производительность и функциональность такой микросхемы. Но, по сути, для корпусирования не так важно, насколько сложна микросхема и по какому техпроцессу она изготовлена. Мы можем корпусировать как однокристальные микросхемы, произведенные по топологическим нормам 40, 28 нм и меньше, так и многокристальные модули и системы-в-корпусе, в которых кристаллы разной топологии и функциональности располагаются на одной подложке (печатной плате) в одном корпусе.

Здесь большее значение имеет то, под какой технологический процесс корпусирования создается кристалл – это может быть, например, корпусирование на уровне пластины (Wafer Level Packaging), разварка проволокой (Wire Bonding) либо беспроволочный монтаж (Flip-Chip). На нашем производстве освоены разварка проволокой и технология Flip-Chip.

– Из каких основных этапов состоит процесс корпусирования интегральных микросхем?

– Расскажу на примере корпусирования по технологии Wire Bonding. В этом процессе можно выделить восемь основных этапов, не считая вспомогательных:

1. Pre-Assembly – совокупность операций, связанных с обработкой полупроводниковых пластин. Основным на этом этапе является утонение пластин и разделение на отдельные кристаллы.

2. Attach Print – монтаж кристалла на подложку (печатную плату) посредством адгезива или специальной DAF-пленки (Die Attach Film).

3. Wire Bond – процесс создания электрического соединения между интегральной микросхемой (чипом) и подложкой. Такое соединение выполняется при помощи приварки проволокой (медной, золотой, серебряной, алюминиевой).

4. Molding – процесс герметизации микросхемы специальным веществом – термореактивной пластмассой (Epoxy Mold Compound) для защиты чувствительных элементов микросхемы от механических, электрических и химических воздействий.

5. Ball Placing – создание массива шариковых выводов микросхемы, при помощи которых в дальнейшем будет выполняться пайка микросхем на печатную плату.

6. Singulation – заключительная ступень корпусирования микросхем. На этом этапе осуществляется разделение подложек, инспекция и сортировка микросхем.

7. Тестирование готовых микросхем по стандарту JEDEC. Загрузка, выгрузка и сортировка микросхем в тестовой установке происходят автоматически. На нашем оборудовании доступны температуры тестирования от –60 до +160°С.

8. MSP (Marking, Scanning, Packing – маркировка, сканирование, упаковка). Микросхемы, прошедшие тестирование, маркируются галлий-нитридным лазером в автоматическом режиме. Возможна загрузка векторной графики из САПР. Доступна маркировка текстовых полей. Упаковка осуществляется в ленту или лотки. Продукция отгружается в вакуумированном антистатическом пакете с поглотителями влаги и индикаторами влажности.

Мы располагаем оборудованием, которое способно реализовать все перечисленные выше этапы для крупносерийной сборки микросхем.

– Все ли расходные материалы, необходимые для корпусирования интегральных микросхем, производятся в России?

– Часть материалов в России производится: это, например, специальные клеи, золотая проволока. По качеству они пока уступают западным и азиатским аналогам, но под определенные проекты могут быть использованы. Но в основном те материалы, которые используются в нашем технологическом процессе (проволока, адгезивы, компаунд, припой), импортируются. Нет пока в РФ и подложек (печатных плат) нужного класса точности. Но мы надеемся, что сложившаяся рыночная ситуация в среднесрочной и долгосрочной перспективе будет способствовать развитию отечественного рынка производителей расходных материалов для микроэлектроники.

– Если не секрет, насколько загружены производственные мощности GS Nanotech, реализующие различные этапы корпусирования микросхем? Что может способствовать повышению этого показателя?

– Производство GS Nanotech гибкое и масштабируемое под объемы. Сегодня мощности позволяют обеспечить производство 20 млн микросхем в год. При увеличении количества заказов – например, если отечественные производители будут переносить сборку микросхем в РФ, – мы способны предоставить им эту возможность.