מאמר אורח: המעבר הבלתי-נמנע למארזי שבבים תלת-מימדיים

מאת: ד”ר עידו דולב (מימין) ומני גנץ, KLA ישראל

מארזים מתקדמים (Advanced Packaging) של שבבים הופכים בזמן האחרון לשלב חיוני בתהליכי הייצור והתכנון של מכשירים אלקטרוניים מורכבים. יש להם אפילו השפעה קריטית על הביצועים והיכולות של המכונית האוטונומית. מחקר שוק של חברת Mordor Intelligence מגלה שהיקף שוק המארזים המתקדמים מוערך בכ-24 מיליארד דולר בקירוב, וצפוי לרשום גידול שנתי של כ-8% בקירוב ולהגיע להיקף של כ-38 מיליארד דולר בשנת 2026. 

מהו תפקידם של המארזים המתקדמים? הם מאפשרים לאגד מספר רב של רכיבי חומרה זעירים בתוך מארז יחיד, ולהפוך אותם למערכת אלקטרונית אחת. זהו השלב הסופי בתהליך הייצור. אלא שיש להם השפעות עמוקות מאוד על המוצר המוגמר: לשיטת האריזה של השבבים ופרוסות הסיליקון יש השפעה על עוצמתם, רמת הביצועים והעלות של המערכת. היא גם משפיעה על הפונקציונליות של כל פרוסת סיליקון, ובהמשך גם על העלות והביצועים של המכשיר אלקטרוני כולו.

בזמן שטכנולוגיות חדשניות בתחומי מחשוב ענן, ביג דטה, בינה מלאכותית, מובייל וכלי רכב חשמליים ואוטונומיים, דורשות עוצמת עיבוד גוברת, יצרני השבבים הגיעו לקצה גבול יכולת המזעור של השבבים – כ-1.5 ננומטר – ומתקשים לעמוד בדרישות הלקוחות. אחד הפתרונות לבעיה נמצא באמצעות הנחת הרכיבים (טרנזיסטורים) על-גבי פרוסות הסיליקון בצורה צפופה יותר מן המקובל,  אלא  שמזעור במישור הדו-מימדי מחייב ממערכות הייצור לספק רמת דיוק גבוהה יותר במדידה, ומהירות גבוהה יותר ברמת ניתוח האות ומעבר המידע. הדבר מסבך מאד את פעולת הייצור. 

המענה לדילמת חוק מור: שינוי במבנה המארז

לכן הפתרון היעיל ביותר לדילמה הזאת הוא באמצעות שינוי מבנה המארז ומעבר למארזים מתקדמים תלת מימדיים (מעבר מארכיטקטורת דו-מימד לתלת-מימד). טכניקת המארזים המתקדמים מבוססת על הדבקה של מספר פרוסות סיליקון (שתיים-שלוש) זו לצד זו, ואף הדבקה לגובה עד לסדר גודל של כמה מאות שכבות. המבנה הרב–קומתי מאפשר ליצור פתרונות שמתבססים על אופטימיזציה של מספר טכנולוגיות יחד. כך ניתן לשלב במארז אחד רכיבים שונים, כמו זכרונות, מעבדים, מעגלים אנלוגיים ועוד –  גם אם פותחו ויוצרו על-ידי יצרנים שונים. 

גבול המזעור  משפיע גם על ענף המעגלים המודפסים, ובמיוחד על היחידה המחברת בין השבבים ללוח המעגל המודפס. אם בעבר כל יחידה כזאת חיברה שבב אחד ללוח, הרי שהיום באמצעות טכנולוגית המארזים המתקדמים כל יחידה יכולה להכיל מספר שבבים, מסוגים שונים (זיכרון, לוג’יק, אנטנה וכו’) וכך מתקבלת יחידה אחת עם פונקציונליות מאד גבוהה. לוחות המעגלים המודפסים הללו משמשים היום מרכזי נתונים ושרתי G5 ומשפרים עד מאד את הביצועים בתחומים המצריכים העברת כמויות גדולות של דאטה במהירות גבוהה. בעתיד, אנו צופים כי יחידות מתקדמות יותר ישולבו גם במחשבים שולחניים, מחשבים ניידים, ברכב האוטונומי ועוד.

הכותבים הם מנהל חטיבת מדידות אופטיות וסמנכ”ל השיווק בחטיבת המעגלים המודפסים של KLA   

שנת שיא לקמטק עם הכנסות של 270 מיליון דולר

חברת קמטק (Camtek) ממגדל העמק, המספקת ציוד בדיקה ומדידה לתעשיית השבבים, חתמה את שנת 2021 עם הכנסות שיא של 269.7 מיליון דולר, גידול של 73.0% בהשוואה לשנת 2020. הרווח הנקי (במונחי Non-GAAP) הסתכם ב-71.4 מיליון דולר, כמעט פי שלושה בהשוואה לרווח נקי של 26.0 מיליון דולר בשנת 2020. ברבעון הרביעי של השנה רשמה החברה הכנסות של 74.2 מיליון דולר, גידול של 53% לעומת הרבעון המקביל. ב-12 החודשים האחרונים עלתה מנייתה של קמטק בנסד”ק ב-40% לשווי שוק של 1.68 מיליארד דולר.

עם הזמנות של למעלה מ-40 מיליון דולר מתחילת השנה, בקמטק מצפים להכנסות של 75-76 מיליון דולר ברבעון הראשון של 2022 והמשך צמיחה ברבעון השני. מאז 2017, ההכנסות צמחו פי 3 והרווח הנקי גדל פי 7. בחברה מייחסים את התנופה העסקית למעמדה המוביל בתחום פתרונות בדיקה למארזים המתקדמים, שבהם מונחים שבבים נפרדים על-גבי מצעי סיליקון המקשרים בינם לבין המגעים החיצוניים והמעגל המודפס.

מנכ”ל החברה, רפי עמית, אמר: “כמחצית מההכנסות שלנו בשנה שעברה היו עבור שוק המארזים המתקדמים הכוללים טכנולוגיות מורכבות כמו Heterogenous Integration (HI) ויישומי Fan-Out. המומנטום ביישומים אלו נמשך עם הזמנות בהיקף של 20 מיליון דולר עליהן דיווחנו מוקדם יותר השבוע. יש לנו נראות טובה מאוד למחצית הראשונה של 2022.”

שוק היעד העיקרי של קמטק בשנה החולפת היה סין. בפילוח גיאוגרפי, 78% מההכנסות הגיעו מלקוחות באסיה ואילו 22% מההכנסות הגיעו ממכירות ללקוחות בארצות הברית ואירופה. בשיחת הוועידה גילה המנכ”ל כי החברה מתכוונת להוציא בשנה הקרובה מערכות חדשות ובוחנת גם רכישות כדי לתמוך בצמיחה.

חברת קמטק מספקת ציוד בדיקה ומדידה לקווי ייצור של תעשיית השבבים, עם התמחות בשוק המארזים המתקדמים, זיכרונות, רכיבי CMOS Image Sensors, MEMS ורכיבי RF. התחזיות של החברה נשענות גם על התופעה שלפיה הצמיחה בשוק הבדיקה והמדידה בתעשיית השבבים (Inspection and Metrology) גדולה יותר מהיקף הצמיחה של שוק השבבים כולו: המוצרים החדשים, דוגמת רכיבים לשוק הדור החמישי, מיחשוב עתיר ביצועים או תעשיית הרכב, הם עתירי בדיקות מכיוון שהם מיוצרים כיום בגיאומטריות מורכבות ומחומרים חדשים.

מארזי השבבים דחפו את קמטק למכירות שיא

קמטק

ברבעון הראשון של שנת 2021 שברה חברת קמטק (Camtek) ממגדל העמק שיא חדש של מכירות, בהיקף של כ-57.4 מיליון דולר. צמיחה של 90% בהשוואה לרבעון הראשון 2020. החברה צופה שהצמיחה תימשך גם ברבעון הבא, אשר צפוי להגיע להיקף מכירות של 63-65 מיליון דולר. “כפי שנראה כיום”, אמר המנכ”ל רפי עמית, “שנת 2021 צפויה להיות שנת שיא מבחינת מכירות, צמיחה וריווחיות”. שנת 2021 היא גם השנה שבה קמטק מבצעת שינוי בתמהיל המכירות שלה והופכת להיות חברה הממוקדת בתחום המארזים המתקדמים, שבהם מונחים שבבים נפרדים על-גבי מצעי סיליקון המקשרים בינם לבין המגעים החיצוניים והמעגל המודפס.

במהלך שיחת הוועידה גילה עמית שהמכירות לשוק המארזים המתקדמים תפסו כ-55% ממכירות החברה ברבעון הראשון. “המכירות בתחום הזה עשויות להערכתנו להגיע ל-55%-60% מהמכירות שלנו בכל שנת 2021”. כך למשל, בתחילת חודש אפריל החברה דיווחה על קבלת הזמנות למערכות בדיקה ומדידה בהיקף של מעל ל-20 מיליון דולר, ממספר לקוחות העוסקים בייצור מארזים מתקדמים ומוליכים למחצה מורכבים. “אנחנו מגדילים את נתח השוק שלנו בתחום הזה. ידוע לנו על לקוחות שעברו משימוש במערכות של המתחרים לשימוש במערכות שלנו”.

התחזיות של החברה נשענות גם על התופעה שלפיה הצמיחה בשוק הבדיקה והמדידה בתעשיית השבבים (Inspection and Metrology) גדולה יותר מהיקף הצמיחה של שוק השבבים כולו: המוצרים החדשים, דוגמת רכיבים לשוק הדור החמישי, מיחשוב עתיר ביצועים או תעשיית הרכב, הם עתירי בדיקות מכיוון שהם מיוצרים כיום בגיאומטריות מורכבות ומחומרים חדשים. למרות שהמרכיב היחסי של המכירות בתחומי חיישני התמונה (CIS) והזיכרונות ירדו לשיעור של כ-10% מהמכירות (כל אחד), החברה מעריכה שהמכירות ימשיכו לצמוח במונחים מוחלטים, כאשר שוק הזיכרונות צפוי להראות צמיחה מואצת בשנת 2022.

חברת קמטק מספקת ציוד בדיקה ומדידה לקווי ייצור של תעשיית השבבים, עם התמחות בשוק המארזים המתקדמים, זיכרונות, רכיבי CMOS Image Sensors, MEMS ורכיבי RF. הצמיחה שלה בשנה האחרונה באה לידי ביטוי גם בבורסה: מחיר המנייה שלה בנסד”ק צמח מ-9.8 דולרים באפריל 2020, לכמעט 35 דולר, והיא נסחרת כיום לפי שווי שוק של כ-1.46 מיליארד דולר.