تراشه های آیسی و مدیریت کمبود آنها

تراشه‌ ها مغز فناوری مدرن هستند و ما تقریباً برای هر کاری به آن‌ها وابسته‌ایم. اگر تراشه ها نباشند ، گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها،  تلویزیون‌ها و لوازم خانگی ،  اینترنت و GPS ، دستگاه‌های پزشکی، تجهیزات نظامی و اکتشافات فضایی هیچ یک دیگر نخواهند بود.

همچنین بخوانید : ابزار Solido برای طراحی IC

بحران کمبود تراشه

خوشبختانه، ما در دنیایی پر از تراشه زندگی می‌کنیم. با این حال، بحران کمبود تراشه که سه سال پیش آغاز شد، این فراوانی را به وضوح نشان داد و سایه‌ای بر صنعت انداخت. ریشه‌ های این بحران به بهار 2020 و آشفتگی ناشی از پاندمی کووید 19 که زنجیره‌های تأمین و لجستیک را به هم ریخت، برمیگردد. این اختلال با افزایش جهانی تقاضا برای کامپیوترها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی همزمان شد که ناشی از تغییر نوع شغل ها به دورکاری در کل جهان بود.

کمبود تراشه به دلیل عواملی از جمله ظرفیت ناکافی در کارخانه‌های تولید نیمه‌ هادی، تنش‌ های تجاری ژئوپولیتیکی و بلایای طبیعی غیرمنتظره، تشدید شد. عدم تعادل عرضه و تقاضا، زمان‌ بندی تولید را مختل کرد، قیمت‌ها را افزایش داد و دسترسی به تراشه‌های حیاتی که برای تولید طیف وسیعی از الکترونیک‌ ها ضروری بودند، محدود کرد و به ویژه بخش خودروسازی را تحت تأثیر قرار داد.

 در حال حاضر، با وجود اینکه که ما آن دوره بحرانی را پشت سر گذاشته‌ایم ، کمبود مداوم برخی از قطعات (مانند میکروکنترلرهای حیاتی) همچنان چالشی بزرگ برای برخی صنایع به شمار می‌رود.

در حالی که قانون CHIPS آمریکا، که در اوت 2022 تصویب شد و 280 میلیارد دلار برای سرمایه‌گذاری در تولید نیمه‌ هادی‌های داخلی، تحقیق و توسعه اختصاص داده است و وعده افزایش تولید تراشه‌های داخلی را می‌دهد، هنوز ظرفیت جدید کافی برای غلبه بر تمام کمبودها به راه نیفتاده است. بحران ممکن است کاهش یافته باشد، اما صنعت هنوز از مشکلات خارج نشده است.

واکنش صنعت الکترونیک

صنعت الکترونیک چگونه به این بحران پاسخ داده است؟ چگونه در حال نوآوری و تعامل برای غلبه بر کمبودها و آماده‌سازی برای آینده نامشخص است؟ این‌ها سوالاتی هستند که این مقاله به بررسی و پاسخ آن‌ها می‌پردازد.

همچنین بخوانید : تکنیک های طراحی EMC

کمبود تراشه آیسی آسیب‌ پذیری‌هایی را در صنعت الکترونیک نمایان کرده و در عین حال فرصت‌هایی را نیز آشکار کرده است. صنعت با اجرای راه‌حل‌های نوآورانه با بسته‌بندی پیشرفته آیسی، مدیریت زنجیره تأمین و پلتفرم‌های جدید تحلیل داده، و همچنین بهبود طراحی و ظرفیت تولید تراشه، حمایت دولت و صنعت و کاهش وابستگی به مواد خام حیاتی به بحران پاسخ می‌دهد.

بسته‌بندی پیشرفته تراشه IC

بسته‌بندی پیشرفته آیسی این امکان را می‌دهد که چندین تراشه در یک بسته ترکیب شوند که انعطاف‌پذیری طراحی تراشه را افزایش می‌دهد و وابستگی به تأمین‌کنندگان تک‌منبع را کاهش می‌دهد. در حالی که بسته‌بندی سنتی شامل اتصال یک تراشه به یک زیرلایه و اتصال آن به دستگاه‌های خارجی از طریق سیم‌ها یا توپک‌ های لحیم‌کاری است. بسته‌بندی پیشرفته شامل انباشتن یا ادغام چندین تراشه در یک بسته و اتصال آن‌ها از طریق میکرو-بامپ‌ها و یا سایر اتصالات است.

بسته‌بندی پیشرفته مزایای متعددی نسبت به بسته‌بندی سنتی دارد، از جمله بهبود عملکرد، کارایی انرژی و قابلیت اطمینان دستگاه، در حالی که فضای کمتری را اشغال می‌کند.

به گزارش گروه Yole، انتظار می‌رود بازار بسته‌بندی پیشرفته از 32 میلیارد دلار در 2021 به 57 میلیارد دلار در 2027 رشد کند. صنعت الکترونیک به شدت در حال سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه برای پاسخگویی به این تقاضای رو به رشد است. این گزارش همچنین پیش‌بینی می‌کند که بسته‌بندی پیشرفته تا سال 2025 بیش از 50 درصد از کل بازار بسته‌بندی نیمه‌هادی‌ها را تشکیل خواهد داد، که این رقم از 39 درصد در 2019 افزایش یافته است.

بسته‌بندی سطح ویفر (WLP) و بسته بندی 3D و 2.5D نمونه‌هایی از طرح‌ها و فناوری‌های بسته‌ بندی پیشرفته هستند.

بسته بندی تراشه در سطح ویفر (WLP)

ویفر یک صفحه نازک و دایره‌ای از مواد نیمه‌هادی (معمولاً سیلیکون) است که به عنوان پایه‌ای برای تولید تراشه‌های الکترونیکی و مدارهای مجتمع استفاده می‌شود.بسته‌بندی در سطح ویفر (WLP) فناوری‌ای است که در آن تراشه‌ها در حالی که هنوز روی ویفر قرار دارند، بسته‌بندی می‌شوند. در این فرآیند، لایه‌های حفاظتی و اتصالات الکتریکی به زیرلایه اضافه می‌شوند قبل از اینکه ویفر به قطعات جداگانه تقسیم شود. در گذشته، ویفرها به تراشه‌های جداگانه برش داده می‌شدند و سپس بسته‌بندی می‌شدند. استفاده از فناوری WLP این امکان را فراهم می‌کند که تراشه‌ها به کاهش اندازه ادامه دهند، فرآیند تولید را ساده‌تر می‌کند و روش‌های آسان‌تری برای آزمایش عملکرد تراشه‌ها ارائه می‌دهد.

بسته بندی 2.5D و 3D تراشه IC

بسته‌بندی 2.5D و 3D روش‌هایی برای گنجاندن چندین مدار مجتمع (IC) در یک بسته واحد هستند. در ساختار 2.5D، دو یا چند تراشه نیمه‌هادی فعال به‌صورت کنار هم بر روی یک اینترپوزر سیلیکونی قرار می‌گیرند. این باعث میشود چگالی اتصالات بین تراشه‌ ای بسیار بالایی را به‌دست بیاید. در ساختار 3D، تراشه‌های فعال از طریق انباشته‌سازی تراشه‌ها یکپارچه می‌شوند تا کوتاه‌ترین اتصالات و کوچک‌ترین سطح بسته‌بندی را ایجاد کنند.

 

مدیریت زنجیره تأمین

صنعت الکترونیک همچنین بر بهبود مدیریت زنجیره تأمین برای حل مشکلاتی که کمبود تراشه نمایان کرده است، تمرکز کرده است. این شامل بهینه‌سازی تأمین، لجستیک و موجودی قطعات برای اطمینان از تأمین مداوم با قیمت‌های مناسب است. مدیریت زنجیره تأمین همچنین به کاهش خطرات و چالش‌های معاملات قطعات، مانند نوسانات قیمت، از بین رفتن قطعات و مشکلات تقلب کمک می‌کند.

تنوع تأمین‌کننده توسط صنعت پذیرفته شده است و تولیدکنندگان قطعات به طور جدی در حال گسترش شبکه‌های تأمین‌کننده خود در مناطق، کشورها و بازارهای مختلف هستند. یکی از نمونه‌های چگونگی تنوع تأمین‌کنندگان توسط شرکت‌های الکترونیکی، همکاری Bosch با تولیدکنندگان کوچک‌تر تراشه مانند NXP و Infineon است تا میکروکنترلرها و حسگرهای حیاتی را تأمین کند و وابستگی به تأمین‌کنندگان تک‌منبع را کاهش دهد.

تولیدکنندگان همچنین مدیریت ریسک تأمین‌کننده را در اولویت قرار داده‌اند و ارزیابی‌ها، ممیزی‌ها و ارزیابی‌های منظم از عملکرد، کیفیت و انطباق تأمین‌کنندگان انجام می‌دهند. به عنوان مثال، سامسونگ یک سیستم جامع مدیریت ریسک تأمین‌کننده ایجاد کرده است که شامل جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها در مورد تأمین‌کنندگانش می‌شود.

 صنعت ها در حال ایجاد قراردادها و مشارکت‌های بلندمدت با تأمین‌کنندگان هستند. این شامل مذاکره برای تخفیف‌های حجمی به همراه ثبات قیمت و تضمین‌های تحویل است. روابط بلندمدت اعتماد و همکاری بین مشتریان و تأمین‌کنندگان را تقویت می‌کند که منجر به ثبات، کارایی و نوآوری تأمین‌کننده می‌شود. به عنوان مثال، اپل قراردادها و مشارکت‌های بلندمدت با چندین تأمین‌کننده کلیدی خود—مانند TSMC، LG Display و سونی—امضا کرده است تا تأمین تراشه‌ها، نمایشگرها و دوربین‌ها برای دستگاه‌هایش را تضمین کند.

 

استفاده از داده‌های مشترک صنعت (EDDI)

صنعت الکترونیک به طور فزاینده‌ای از داده‌ های مشترک و ابزارهای جدید تحلیل و تجسم برای بهینه‌سازی عملیات خود استفاده می‌کند. این ابزارها به پردازش و تفسیر داده‌های صنعتی و تولید بینش‌های عملی کمک می‌کنند. یکی از نمونه‌ها، Spectra است که یک پلتفرم مبتنی بر وب است. Spectra دسترسی به داده‌های صنعتی را با عملکردهای تحلیل و تجزیه و تحلیل داده‌ها فراهم می‌کند. این ابزار به کاربران این امکان را می‌دهد که قطعات را در منابع و پلتفرم‌های مختلف جستجو، مقایسه و نظارت کنند. همچنین گزارش‌ها و هشدارهایی در مورد در دسترس بودن قطعات، قیمت‌گذاری و مشخصات ارائه می‌دهد.

Spectra از شاخص طراحی الکترونیکی تا تحویل (EDDI) استفاده می‌کند. EDDI یک پلتفرم هوش داده است که توسط Nexar تأمین می‌شود و برای تبادل اطلاعات بین تولیدکنندگان و توزیع‌کنندگان قطعات استفاده می‌شود. داده‌های EDDI از تحلیل میلیون‌ها قطعه الکترونیکی در پایگاه‌های داده آنلاین، بازارها و موتورهای جستجو به دست می‌آید و بینش‌های ارزشمندی درباره روندهای عرضه و تقاضای قطعات ارائه می‌دهد.

استفاده از داده‌های EDDI مزایای متعددی برای تولیدکنندگان تراشه فراهم می‌کند، از جمله بهبود دقت، امنیت و کارایی. به عنوان مثال، با ارائه اطلاعات گسترده در مورد قطعات الکترونیکی و ویژگی‌ها و در دسترس بودن آن‌ها، طراحان می‌توانند بهترین قطعات موجود را برای نیازهای خاص خود با بهترین قیمت‌های موجود پیدا و انتخاب کنند.

 

دیگر زمینه‌های تمرکز

صنعت الکترونیک همچنین به ظرفیت طراحی و تولید تراشه، حمایت دولت و صنعت، و وابستگی صنعت به مواد خام حیاتی می‌پردازد.

افزایش ظرفیت طراحی و تولید تراشه

صنعت الکترونیک در حال گسترش ظرفیت طراحی و تولید تراشه خود است. تلاش‌ها شامل افزایش تعداد طراحان و مهندسان تراشه، ارتقاء تأسیسات تولید تراشه موجود یا ساخت تأسیسات جدید، پذیرش فناوری‌ها و تجهیزات پیشرفته‌تر فرآیند تراشه و توسعه روش‌های طراحی تراشه کارآمدتر است.

پرورش حمایت دولت و صنعت

صنعت الکترونیک با ذینفعان دولت و صنعت در حال تعامل و نشان دادن ارزش و اهمیت صنعت الکترونیک را برای اقتصاد و جامعه است.

کاهش وابستگی به مواد خام حیاتی

یکی دیگر از مسائلی که بر کمبود تراشه تأثیر می‌گذارد، وابستگی صنعت به مواد خام حیاتی است که برای تولید قطعات و دستگاه‌ها ضروری هستند. برای کاهش این وابستگی، صنعت الکترونیک در حال بررسی و توسعه مواد خام جایگزین و جایگزین است که ویژگی‌ها و عملکرد مشابه یا بهتری دارند.

فرصت‌های جدید در انتظار کمبود تراشه

کمبود جهانی تراشه بر بسیاری از صنایع و مصرف‌کنندگان تأثیر گذاشته است. این کمبود برخی آسیب‌پذیری‌ها و ناکارآمدی‌ها را در اکوسیستم نیمه‌هادی نمایان کرده است. با این حال، این بحران همچنین نوآوری و همکاری را در بین بازیگران صنعت الکترونیک تحریک کرده است.

با پذیرش بسته‌بندی پیشرفته IC، بهبود مدیریت زنجیره تأمین و استفاده از پلتفرم‌های داده صنعتی، صنعت الکترونیک در حال غلبه بر چالش‌های کمبود تراشه و ایجاد ارزش بیشتر برای مشتریان و ذینفعان خود است. کمبود تراشه نه تنها یک بحران بود، بلکه فرصتی برای صنعت الکترونیک بود تا خود را دگرگون کرده و آینده فناوری را شکل دهد.