Les substrats en verre propulsent l’emballage avancé vers une nouvelle vague de concurrence : que signifie le dernier rapport de SEMI ?

Les substrats en verre poussent l’emballage avancé vers une nouvelle vague de concurrence : que signifie le dernier rapport de SEMI

Le nouveau rapport publié par SEMI et Global Net Corp. a fait passer le « substrat cœur en verre » du laboratoire et des discussions industrielles au centre de l’attention de la chaîne de valeur des semi-conducteurs. Le rapport souligne clairement que cette technologie attire davantage d’investissements industriels, principalement sous l’effet de la demande en IA et en calcul haute performance (HPC) pour des boîtiers plus grands et plus complexes ; ses projections de marché indiquent en outre que les substrats cœur en verre pourraient commencer à pénétrer certaines applications hautes performances après 2028, l’adoption à long terme dépendant de la maturité des matériaux, des procédés, des rendements, des équipements et de la chaîne d’approvisionnement.

L’importance de cette nouvelle ne tient pas au fait que « les substrats en verre ont déjà gagné », mais au signal industriel plus clair qu’elle envoie : à mesure que les gains marginaux de la miniaturisation des procédés ralentissent, la concurrence sur les performances système se déplace vers l’emballage. Pour les fabricants de GPU, d’accélérateurs IA, de processeurs avancés et de solutions d’optique co-packagée (CPO), l’emballage n’est plus seulement un coût de back-end, mais une variable clé qui détermine la bande passante, la consommation, la taille et la conception thermique. En d’autres termes, le prochain cycle de concurrence dans les semi-conducteurs se déplace de la densité des transistors d’une puce isolée vers la capacité intégrée « puce—boîtier—système ».

Contexte : pourquoi les substrats en verre attirent soudainement l’attention

Pendant longtemps, l’emballage haut de gamme traditionnel s’est appuyé sur des substrats organiques, en particulier les substrats ABF, dont la chaîne d’approvisionnement est déjà mature dans les GPU pour serveurs, les ASIC IA et les processeurs haut de gamme. Mais avec l’augmentation continue de la taille des boîtiers et de la densité d’E/S, les matériaux traditionnels commencent à subir une pression accrue en matière de contrôle du gauchissement, de stabilité dimensionnelle et de capacité à réaliser des lignes plus fines. Dans son rapport, SEMI indique que si le substrat cœur en verre est perçu comme une solution potentielle, c’est précisément parce qu’il pourrait permettre des boîtiers plus grands, des interconnexions plus fines et une meilleure stabilité dimensionnelle.

Cela signifie que le substrat en verre n’est pas une simple substitution de matériau, mais un maillon de l’évolution de l’emballage avancé. Il forme, avec les interposeurs 2,5D, l’empilement HBM, le bonding hybride, les architectures Chiplet et la CPO, un ensemble technologique cohérent. Pour les puces IA, la véritable rareté n’est pas la puissance de calcul en soi, mais la capacité à « organiser » cette puissance de calcul avec une bande passante élevée, une faible latence et une faible consommation. L’amélioration de l’emballage remplace en réalité une partie des difficultés d’interconnexion système.

Analyse de la chaîne industrielle

En amont : quels acteurs profiteront les premiers des matériaux et des équipements

Si les substrats cœur en verre passent de la R&D à la production de masse, les premiers bénéficiaires en amont ne seront pas les fabricants de puces finaux, mais l’écosystème des matériaux et des équipements de procédé. Les matériaux verriers, le microperçage, les traitements de surface, la cuivrage, la galvanoplastie, la découpe, le nettoyage, l’inspection et la métrologie nécessiteront tous de nouvelles fenêtres de procédé. Le rapport de SEMI souligne en particulier que des entreprises et des instituts de recherche développent simultanément ces technologies en Asie, en Amérique du Nord et en Europe, ce qui montre que les substrats en verre ne relèvent pas d’une innovation fermée à une seule région, mais d’une compétition transnationale dans les matériaux et les équipements.

Le point d’attention des équipements changera également.Du côté des équipements aussi, les priorités vont évoluer. ASML n’est pas un bénéficiaire direct des substrats en verre, mais la montée en gamme des filières d’emballage avancé stimulera les investissements globaux dans les équipements de back-end ; des fabricants comme Applied Materials, Lam Research et KLA pourraient, eux, constater une hausse de la demande dans les étapes de dépôt, de gravure, d’inspection et de métrologie. Pour les fabricants d’équipements d’encapsulation, un nouveau système de matériaux implique des exigences plus complexes en matière de contrôle de la planéité, de précision d’alignement et de détection des défauts. Qui parviendra le premier à résoudre les problèmes de traitement des grandes dimensions du verre, de contrôle du gauchissement et de rendement se rapprochera le plus des commandes à grande échelle.

Milieu de chaîne : le rôle des OSAT et des fabricants d’emballage avancé deviendra plus crucial

ASE, Amkor et d’autres acteurs de l’encapsulation, ainsi que l’écosystème taïwanais et japonais du test et de l’encapsulation avancée, joueront un rôle charnière dans cette vague d’itération technologique. La raison est simple : le substrat en verre n’est pas un matériau qui s’adapte automatiquement une fois la conception de la puce achevée ; il exige des fabricants d’emballage qu’ils redéfinissent leurs capacités de procédé, leur configuration d’équipements et leurs normes de contrôle qualité.

Cela renforcera aussi la place stratégique de l’emballage avancé dans l’ensemble de la fabrication des semi-conducteurs. Par le passé, les fonderies détenaient le pouvoir de parole sur les procédés de pointe ; à l’avenir, avec l’essor des chiplets, de l’intégration multi-puces et de l’intégration hétérogène, la capacité d’emballage avancé elle-même pourrait devenir une ressource rare. Pour TSMC, CoWoS, SoIC et d’autres plateformes d’emballage avancé sont déjà devenues l’un des goulots d’étranglement clés de la chaîne d’approvisionnement de l’IA ; pour Samsung Foundry et Intel Foundry, si elles veulent attirer davantage de clients à l’ère de l’IA et du HPC, les capacités d’emballage constituent elles aussi un levier essentiel. Si les substrats en verre mûrissent, cela amplifiera encore la tendance selon laquelle « l’emballage détermine la compétitivité du système ».

Aval : qui adoptera en premier

D’après les orientations d’application mentionnées dans le rapport de la SEMI, les usages les plus susceptibles d’adopter en priorité les substrats à noyau en verre sont l’IA, le HPC, les processeurs avancés, le CPO et les capteurs d’image. Cela ne signifie pas que l’électronique grand public changera immédiatement de système de matériaux. La voie la plus réaliste consiste à commencer par des scénarios à forte valeur, à faible tolérance à l’erreur et où la performance prime, puis à diffuser progressivement la technologie.

Le point commun de ces applications est une forte valeur d’encapsulation unitaire, des exigences de performance élevées et une disposition à payer une prime plus importante pour la fiabilité et la sécurité d’approvisionnement. Ainsi, l’écosystème NVIDIA, AMD, Google TPU, Amazon Trainium ainsi que certains clients d’ASIC pour l’IA bénéficieront plus tôt de la montée en gamme de l’emballage que les fabricants de SoC pour smartphones. Pour Apple Silicon, Qualcomm, MediaTek et Broadcom, l’intérêt à court terme des substrats en verre réside surtout dans l’observation de savoir si l’évolution des matériaux d’emballage haut de gamme finira par se diffuser vers des scénarios plus larges de SoC et de puces de connectivité.

Impact technologiqueLa valeur technologique fondamentale du substrat cœur en verre réside dans le fait qu’il pourrait atténuer les contraintes physiques des substrats organiques traditionnels dans des scénarios de grande taille et d’interconnexion à haute densité. Les trois orientations mises en avant par le rapport SEMI sont essentielles : boîtiers plus grands, interconnexions plus fines, stabilité dimensionnelle accrue. Pour les puces IA, c’est la base de l’interconnexion à haut débit et du contrôle de la consommation.

Mais les barrières techniques sont tout aussi évidentes. Premièrement, le matériau n’est qu’un point de départ ; la véritable difficulté réside dans la cohérence de fabrication à grande échelle et le rendement de traitement. Deuxièmement, le verre est un matériau fragile ; la manutention, la découpe, le perçage et la fiabilité entre couches sont tous plus difficiles que pour les matériaux organiques traditionnels. Troisièmement, l’ensemble de la chaîne de procédés doit être compatible avec l’écosystème de packaging existant ; sinon, même avec de meilleures performances, il sera difficile de passer à l’échelle en raison des coûts et de cycles d’introduction trop longs.

Ainsi, le substrat en verre ressemble davantage à « une option candidate pour la plateforme de packaging haut de gamme de nouvelle génération » qu’à une solution appelée à remplacer à court terme les substrats ABF sur l’ensemble du marché. Son parcours de commercialisation prendra probablement une forme échelonnée : d’abord introduit dans quelques boîtiers haut de gamme pour l’IA/HPC, puis étendu progressivement à mesure que les équipements, les matériaux et les normes de procédé mûrissent.

Paysage concurrentiel

Cette concurrence n’oppose pas une seule entreprise à une autre, mais des plateformes de la chaîne industrielle entre elles. TSMC s’appuie sur lier la fabrication avancée et le packaging avancé pour fidéliser ses clients, formant une synergie « procédé + packaging » ; Samsung Foundry espère accroître la captation des clients grâce à une intégration plus complète de la fonderie et du back-end ; Intel Foundry doit, quant à elle, prouver sa capacité d’exécution dans le packaging avancé et l’intégration au niveau système. Si les substrats en verre entrent en phase de production de masse, la différenciation entre plateformes de packaging s’en trouvera encore amplifiée.

Pour les sociétés de conception de puces, le centre de gravité concurrentiel évolue également. L’avantage de NVIDIA ne vient pas seulement de son architecture GPU, mais aussi de sa capacité à organiser l’ensemble du système IA ; AMD doit continuer à renforcer la synergie CPU, GPU et packaging ; les projets de ASIC sur mesure de Broadcom et de plusieurs acteurs du cloud dépendent de plus en plus de la capacité de livraison du packaging avancé. En d’autres termes, la « concurrence des puces » de demain se traduira souvent par : « qui peut obtenir de meilleures ressources de packaging, qui peut livrer plus vite les performances système ».

Implications régionales

États-Unis

Les États-Unis occupent une position dominante dans les puces IA, l’architecture système, les équipements et une partie de la R&D sur les matériaux. Les besoins liés aux substrats en verre renforceront encore l’influence des États-Unis dans les puces de calcul haut de gamme et dans la définition du packaging avancé, mais la capacité de fabrication en volume dépendra toujours fortement de la chaîne d’approvisionnement asiatique.

Taïwan

Taïwan reste le centre névralgique du packaging avancé. Qu’il s’agisse de la plateforme de packaging avancé de TSMC ou de l’écosystème du test, de l’assemblage et des matériaux, Taïwan occupe une position clé dans la chaîne d’approvisionnement de l’IA. Si l’adoption des substrats en verre s’accélère, les entreprises taïwanaises pourraient être les premières à prendre en charge les tâches de procédés complexes liées aux essais pilotes et au déploiement à grande échelle.

Corée du Sud

La Corée du Sud dispose d’avantages dans la mémoire, la logique avancée et certains matériaux et équipements. Pour la synergie entre HBM et packaging IA, les capacités combinées des fabricants coréens en matière de mémoire et de packaging restent un maillon clé de la chaîne industrielle.

Japon

Le Japon conserve une base solide dans les matériaux, les produits chimiques, les substrats et la fabrication à haute fiabilité.### Japon

Le Japon dispose encore d’une base solide dans les matériaux, les produits chimiques, les substrats et la fabrication à haute fiabilité. La maturité des matériaux verriers, de l’usinage de précision et de la chaîne d’approvisionnement en matériaux haut de gamme déterminera la position des entreprises japonaises dans cette nouvelle filière.

Europe et Asie du Sud-Est

L’Europe met davantage l’accent sur les équipements, les matériaux et la collaboration en R&D, tandis que l’Asie du Sud-Est continue d’assumer le rôle de prise en charge des activités d’assemblage et de test ainsi que d’une partie des transferts de fabrication. À mesure que la complexité de l’encapsulation augmente, la capacité de l’Asie du Sud-Est à évoluer d’une logique de coûts vers un site d’accueil pour l’encapsulation haut de gamme constituera un point d’observation clé.

Impact sur la chaîne d’approvisionnement

Du point de vue de la chaîne d’approvisionnement, l’intérêt des substrats en verre réside dans le fait qu’ils déplacent une partie des goulets d’étranglement clés de l’encapsulation avancée du « front-end » des puces vers le « back-end » de l’encapsulation. Cela entraîne trois conséquences :

1. Les dépenses d’investissement en matériaux et équipements d’encapsulation haut de gamme augmentent ; 2. Le rendement de l’encapsulation et les délais de livraison deviennent plus importants ; 3. La concentration géographique de la chaîne d’approvisionnement pourrait, à court terme, augmenter plutôt que diminuer.

Parallèlement, les contrôles à l’exportation et les facteurs géopolitiques influenceront aussi le rythme d’adoption. Les puces d’IA et l’encapsulation avancée se situent déjà au cœur de la compétition technologique entre les États-Unis et la Chine ; toute restriction touchant les matériaux clés, les équipements et l’écosystème EDA/IP aura un impact sur la montée en puissance des capacités liées aux substrats en verre. Pour les fabricants chinois, à court terme, les priorités les plus réalistes sont le remplacement des matériaux, l’accumulation d’expertise dans les procédés d’encapsulation et la coordination avec les équipements nationaux.

Surveillance du marché

La prévision de SEMI d’un TCAC de 67,2 % est un signal typique d’un marché naissant : base faible, forte croissance, mais sans garantie de montée en volume. Les investisseurs devraient surtout surveiller trois éléments : d’abord, si les phases de production pilote se situent autour de 2028 ; ensuite, quels clients adopteront la technologie en premier ; enfin, si le rendement et les coûts se rapprochent du seuil de la production commerciale à grande échelle.

Si les marchés financiers suivent de près l’encapsulation avancée, ce n’est pas seulement parce qu’il s’agit d’un « nouveau matériau », mais parce qu’elle pourrait redéfinir la répartition des marges dans la fabrication des semi-conducteurs. Par le passé, la valeur était davantage concentrée dans les procédés en amont ; à l’avenir, le pouvoir de négociation dans l’encapsulation haut de gamme, les matériaux et les équipements pourrait continuer à augmenter.

Perspectives à long terme

Dans les 3 ans, le substrat cœur en verre restera à un stade de validation, de production pilote et d’adoption limitée dans le haut de gamme, principalement autour de l’IA/HPC et de quelques applications très complexes.

Dans les 5 ans, si des percées sont réalisées en matière de rendement, de fiabilité et de coordination de la chaîne d’approvisionnement, il pourrait former des commandes stables sur certaines plateformes d’encapsulation haut de gamme, mais restera difficile de remplacer totalement les substrats traditionnels.

Dans les 10 ans, le scénario le plus probable n’est pas la victoire d’un matériau unique, mais la mise en place d’un écosystème d’encapsulation avancée multi-matériaux : ABF, substrats en verre, hybrid bonding et architectures Chiplet plus complexes coexisteront, répartis par cas d’usage.

ConclusionLe jugement industriel le plus important de ce rapport SEMI n’est pas de savoir « quand les substrats centraux en verre atteindront-ils une production à grande échelle », mais qu’il confirme une tendance : à l’ère de l’IA, la concurrence dans les semi-conducteurs se déplace du niveau des transistors vers celui des systèmes de packaging. À l’avenir, ce qui déterminera la compétitivité des entreprises de puces ne sera pas seulement les nœuds de procédé avancés, mais aussi la capacité à maîtriser des plateformes de packaging plus avancées, des systèmes de matériaux et une coordination de la chaîne d’approvisionnement.

Pour la chaîne industrielle des semi-conducteurs, les substrats en verre représentent une opportunité de « revalorisation du packaging » ; pour les marchés financiers, ils incarnent une nouvelle courbe de croissance pour le packaging haut de gamme, les matériaux et les équipements ; pour la concurrence entre pays et régions, ils signifient que le centre de gravité de la fabrication avancée se concentre davantage vers les zones dotées d’un écosystème de packaging complet.