El mercado de las tecnologías avanzadas de envasado en 2,5D y 3D crecerá a un ritmo superior a la media en los próximos años. Así lo pronosticaron expertos en semiconductores en la conferencia internacional "Sistemas más inteligentes a través de la integración heterogénea", organizada por la asociación del sector "Semi Europe" en Dresde.
La directora de investigación de semiconductores, Emilie Jolivet, de la empresa francesa de análisis de mercado Yole, parte de la base de que el mercado de envasado de chips pasará de facturar 44.300 millones de dólares en 2022 a 78.600 millones en 2028, con tasas de crecimiento anual de alrededor del 10%. En el submercado de los envases 2,5D y 3D, sin embargo, se esperan tasas de crecimiento anual de alrededor del 30%. Sin embargo, el segmento superior en particular ha estado dominado hasta ahora por unas pocas empresas. Entre ellos figuran TSMC, Samsung, Intel, Hynix y el grupo chino YMTC, poco conocido en este país. Amkor, UMC y otras empresas también participan en tecnologías de transición algo más sencillas (2,5D).
Europa, por su parte, también investiga en tecnologías 3D, 2,5D y chiplets, por ejemplo en el Imec de Bélgica, el CEA-Leti de Francia y los institutos Fraunhofer Assid y EAS de Dresde. Sin embargo, no existe una producción en serie propia en el segmento de los envases 3D en Europa. Por cierto, la "European Chips Act" también intenta colmar en cierta medida esta laguna.
"Las arquitecturas 3D ampliarán los límites de lo posible, especialmente para la inteligencia artificial"
Emilie Jolivet, Directora de la División de Semiconductores, Memoria y Computación del Grupo Yole
El Centro Fraunhofer Assid también expuso obleas con circuitos integrados en 3D al margen de la conferencia Semi de DresdeGanarterreno en la integración 3D de circuitos heterogéneos y chiplets se está convirtiendo cada vez más en un tema clave en el debate sobre la soberanía digital y la competitividad de los lugares de alta tecnología que compiten en todo el mundo.
"La integración heterogénea impulsa los próximos pasos de crecimiento en la industria de semiconductores", afirma la Vicepresidenta Rozalia Beica, de AT&S. Incluso anticipa toda una "nueva era de la microelectrónica". Y Heiko Dudek, de Siemens EDA, está convencido: "Las ventajas derivadas de la integración heterogénea de los chiplets provocarán un aumento espectacular de la demanda en cada vez más mercados y aplicaciones."
Antecedentes: Mientras que en los primeros tiempos de la microelectrónica, la Ley de Moore, según la cual la densidad de transistores en los circuitos se duplica aproximadamente cada año y medio, era todavía bastante fácil de cumplir, este camino hacia una mayor potencia de cálculo se ha vuelto ahora extremadamente complejo y caro. Todo ello ha desplazado la atención de la industria desde los procesos centrales de producción de chips (front end) hacia nuevas tecnologías de empaquetado, contacto y montaje final (back end o empaquetado) de circuitos, y hacia conceptos como los "chiplets" y la integración 3D y 2,5D. Se trata, por ejemplo, de ensamblar diferentes circuitos, sensores, elementos analógicos y otros bloques funcionales juntos o unos encima de otros, revestirlos y empaquetarlos en una carcasa como la de un chip de ordenador. Puede tratarse de una o varias unidades centrales de procesamiento (CPU), unidades de procesamiento gráfico (GPU), pero también de componentes de memoria y comunicación. Algunos ejemplos son el "Ryzen" de AMD, el "Meteor Lake" de Intel, el "M1 Ultra" de Apple producido en TSMC y el chip minero de criptomonedas chino "Jasminer X4".
Mayor rendimiento con troqueles individuales más pequeños
En algunos casos, la cuestión del coste adquiere protagonismo cuando se utilizan estas tecnologías. Esto se debe a que los bloques funcionales integrados en 2,5D o 3D de un chip no tienen por qué fabricarse todos en el mismo costoso proceso de vanguardia. Algunos pueden fabricarse en líneas de producción menos costosas y menos integradas. Además, las matrices más pequeñas también aumentan el rendimiento en comparación con los grandes circuitos monolíticos. Y también suele tratarse de empaquetar más potencia de cálculo o funcionalidades en el menor espacio posible.
El "bonding híbrido" es cada vez más popular para conseguir densidades de empaquetado y contacto especialmente altas en pasos pequeños inferiores a 10 µm. En este proceso, los circuitos aún sin empaquetar ("dies") se unen mediante balas de cobre ("pads") incrustadas en el silicio. Sin embargo, Emmanuel Ollier, del centro francés de investigación a gran escala "CEA-Leti", que también experimenta con estructuras autoorganizadas para este fin, subraya que se necesitan técnicas de ensamblaje de alta precisión para poner en contacto matrices o bloques funcionales unos encima de otros. Está convencido de que la colocación y el contacto de circuitos individuales en obleas procesadas (die-to-wafer) mediante unión híbrida es el siguiente gran paso hacia la tecnología informática de alto rendimiento basada en chiplets heterogéneos.
La industria apunta a ventas de billones
Laith Altimime espera un fuerte crecimiento de la industria en los próximos añosElhecho de que la industria dedique actualmente tanta energía a este tema se debe, entre otras cosas, a la creciente demanda a largo plazo de microelectrónica cada vez más potente por parte de cada vez más industrias, más allá de todas las fluctuaciones periódicas. El Presidente de Semi-Europe, Laith Altimime, ya lo había señalado al inicio de la conferencia en Dresde: Los nuevos impulsos de la digitalización en numerosos sectores de la economía, el cambio a los coches eléctricos, la tendencia hacia la conducción autónoma y los numerosos programas de ayudas gubernamentales para las fábricas de chips de todo el mundo seguirán siendo por el momento los motores de crecimiento más importantes para la industria mundial de semiconductores, subrayó Altimime. Se espera que las ventas mundiales de microelectrónica se dupliquen aproximadamente de aquí a 2030, pasando de los 500.000 millones de dólares actuales a más de 1.000 millones.
En Europa, en particular, el fuerte impulso del mercado procede actualmente de los gobiernos. Altimime se refiere en particular a la "European Chips Act", con la que la Presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen (CDU), quiere duplicar con creces la cuota de mercado de la industria europea de semiconductores del 7-9% actual (las estimaciones varían según el análisis) al 20% en una década.
Sin embargo, la industria también se enfrenta a retos considerables. Entre ellos, la escasez de mano de obra cualificada: si la industria de los semiconductores quiere realmente alcanzar el objetivo de facturar un billón de euros a finales de esta década, necesitará alrededor de un millón más de microtecnólogos, fabricantes de chips, técnicos mecatrónicos, ingenieros y otros especialistas en todo el mundo, predice el director Chris Jones, del proveedor británico de plantas de chips "SPTS Technologies".
Fuentes
3D & System Summit Semi 2023, Semi Europe, Yole, AT&S, Fraunhofer EAS, Cea-Leti, Siemens EDA, Oiger.de
Sobre la persona
Heiko Weckbrodt es periodista e historiador. Dirige el portal de noticias Oiger.de en Dresde, centrado en la política empresarial, científica y de innovación de Sajonia. También escribe artículos como invitado para periódicos y revistas.
