[논문 리뷰] US Microelectronics Packaging Ecosystem: Challenges and Opportunities

Rouhan Noor, Himanandhan Reddy Kottur외 10명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 18.

3D IC and TSV technologies인용 수 12

한 줄 요약

미국 기반 고급 패키징 공급망을 분석하고 병목 현상, 역외 의존성, 보안 고려사항을 식별하는 한편, HI 주도 반도체 패키징의 안전하고 탄력적인 국내 역량 확보 경로를 제시한다.

ABSTRACT

The semiconductor industry is experiencing a significant shift from traditional methods of shrinking devices and reducing costs. Chip designers actively seek new technological solutions to enhance cost-effectiveness while incorporating more features into the silicon footprint. One promising approach is Heterogeneous Integration (HI), which involves advanced packaging techniques to integrate independently designed and manufactured components using the most suitable process technology. However, adopting HI introduces design and security challenges. To enable HI, research and development of advanced packaging is crucial. The existing research raises the possible security threats in the advanced packaging supply chain, as most of the Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT) facilities/vendors are offshore. To deal with the increasing demand for semiconductors and to ensure a secure semiconductor supply chain, there are sizable efforts from the United States (US) government to bring semiconductor fabrication facilities onshore. However, the US-based advanced packaging capabilities must also be ramped up to fully realize the vision of establishing a secure, efficient, resilient semiconductor supply chain. Our effort was motivated to identify the possible bottlenecks and weak links in the advanced packaging supply chain based in the US.

연구 동기 및 목표

• 다양한 칩렛 통합과 더 높은 기능 밀도를 통해 무어의 법칙을 지속시키는 경로로 HI의 필요성과 가치를 제시한다.
• 미국의 고급 패키징 공급망과 그 역외 의존성을 규명한다.
• 미국 HI-준비 패키징 생태계의 병목 현상과 보안 위험을 식별한다.
• 패키징 및 재료 분야의 내재화 역량을 구축하기 위한 업계 참여자들과 이니셔티브를 조사한다.
• 미국 기반 고급 패키징 공급망의 보안을 위한 로드맵을 제시한다.

제안 방법

• HI 기본 원리와 패키징 기술(2.5D/3D, SiP) 및 이들이 무어의 법칙 연장에 기여하는 역할에 대한 검토.
• OEM, 칩렛 디자이너, OSAT, 기판, 재료, 장비, EDA/툴링 등을 포함한 미국 고급 패키징 생태계의 맵핑.
• 국내 역량과 역외 의존성에 영향을 주는 경제적, 정책적, 보안 요인의 평가.
• 방위, 5G, HPC, 자동차, IoT, 모바일, 의료 등 응용 도메인 요건 분석을 통해 내재화 필요를 식별.
• 국내 역량 개발과 보안 공급망을 위한 로드맵으로의 합성.

Figure 1: System-in-Package (SiP) for HI

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미국 내 온쇼어 고급 패키징 제조의 현재 상태는 어떠하며 격차는 어디에 있는가?
• RQ2 주요 응용 부문에서 미국 HI/고급 패키징 생태계가 역외 자원에 얼마나 의존하는가?
• RQ3 미국 기반 고급 패키징 공급망에서의 보안 및 신뢰성 고려사항은 무엇인가?
• RQ4 강건한 온쇼어 HI-가능 패키징 생태계를 확보하기 위해 필요한 조치와 투자는 무엇인가?

주요 결과

• 미국의 고급 패키징 역량은 제한적이며 고급 패키징 시장 점유율은 약 3%에 지나지하고 인터포저와 재료에서 역외 의존도가 큰 편이다.
• 공급망 보안을 위해 OEM, 칩렛 통합업체, OSAT, 기판, 재료, 장비, EDA 도구 전반의 온쇼어 역량 확장이 필요하다.
• 방위/항공 우주 분야가 5G 및 HPC 같은 소비자 중심 부문보다 온쇼어 역량 준비가 더 강하다(신뢰받는 공급망과 온쇼어 통합).
• 미국 인터포저 제조는 여전히 대부분 역외이며(주 primary 공급자로 TSMC 등), 일부 온쇼어 투자에도 불구하고.
• 재료 및 기판 공급망은 취약하며, 미국의 반도체 재료 시장 점유율은 약 10%이고 고급 패키징용 온쇼어 기판 공급자는 없다.
• 로드맵 요소들은 표준화, 보안 설계 관행, 온쇼어 제조 및 탄력적이고 신뢰받는 공급망를 강조한다.

Figure 2: US-based advanced packaging supply chain with onshore and offshore (greyed out logo) companies.