Rappel sur la chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs

Je vais passer rapidement sur cette partie car ce n’est pas le sujet de cette newsletter. Si ce n’est pas clair pour toi, nous avons fait un article dédié à l’industrie des semi-conducteurs.

En effet, avant de parler de Besi, il faut comprendre de quoi on parle lorsqu’on parle de semi-conducteurs, puisque pour produire des puces, il faut passer par un process complexe qui se décompose en plusieurs étapes, dont voici le schéma simplifié.

Ainsi, si on reprend la chaîne de valeur de l'industrie des semi-conducteurs, on retrouve tout d’abord les entreprises fournissant des logiciels pour concevoir les puces (Design Solutions Providers). Des acteurs comme ARM, Cadence et Synopsys qui créent les outils indispensables à la conception des circuits électroniques, en répondant aux besoins croissants de miniaturisation et de performance.

Ensuite viennent les entreprises dites « fabless », qui conçoivent des puces sans posséder d’usine de fabrication. Parmi les plus célèbres, on trouve NVIDIA, spécialiste des puces graphiques pour l'IA, Broadcom dans les télécommunications, Qualcomm dans les smartphones, et AMD dans les processeurs.

Plus récemment, des géants du numérique comme Apple, Amazon, Google et Microsoft développent leurs propres puces pour optimiser leurs services et réduire leur dépendance externe.

Ces puces conçues par les fabless sont ensuite produites par des « fondeurs » comme TSMC (leader mondial avec 60 % du marché) ou GlobalFoundries.

D'autres entreprises, appelées IDM (Integrated Device Manufacturers), comme Intel ou Samsung, combinent conception et fabrication en interne (un mélange entre un “fabless” et un “fondeur”).

Enfin, les équipementiers comme ASML ou BESI fournissent les machines nécessaires à chaque étape du processus, de la gravure initiale (front-end) à l'assemblage final (back-end).

Maintenant que vous avez une vue d’ensemble de l’industrie des semi-conducteurs, plongeons dans les détails de ce que fait plus précisément BESI ⤵️

Histoire

L’histoire de BE Semiconductor Industries, plus connue sous le nom de Besi, débute en 1995 aux Pays-Bas, précisément à Duiven, lorsqu'elle est fondée par Richard Blickman, qui en demeure encore aujourd’hui le PDG avec 1,7% du capital. À cette époque, l'industrie des semi-conducteurs connaît déjà une forte croissance, mais le marché des équipements d'emballage et d’assemblage reste fragmenté.

Dès sa création, Besi adopte une stratégie ambitieuse de croissance externe, cherchant à consolider le secteur par des acquisitions ciblées. En 2000, soit seulement cinq ans après sa création, Besi acquiert la société autrichienne Datacon, spécialisée dans les machines de placement de puces (die bonding).

Cette acquisition majeure permet à Besi d’étendre considérablement son portefeuille technologique et d’accélérer sa pénétrations sur les marchés mondiaux en ayant maintenant des clients comme Intel, Samsung et Infineon.

Malgré la crise financière de 2008 qui affecte durement l’industrie des semi-conducteurs, Besi parvient à maintenir sa solidité financière grâce à une gestion prudente et à la diversification croissante de ses produits. Ainsi dès 2010, l’entreprise renoue avec une forte croissance en profitant du boom des smartphones, tablettes et smartphones, qui exigent des équipements toujours plus sophistiqués pour l’assemblage des puces.

Entre 2015 et 2021, Besi a vu son chiffre d’affaires doubler, passant d’environ 350 millions à près de 750 millions d’euros, porté par l’explosion de la demande dans les segments de l’intelligence artificielle, des data centers et de l’industrie automobile, avec notamment l’arrivée des véhicules électriques.

Comme vous l’aurez compris, Besi se distingue comme un acteur plus discret que ses compatriotes néerlandais, tels qu’ASM International ou ASML, tout en étant indispensable à l’industrie mondiale des semi-conducteurs. En effet, l’entreprise a su atteindre un niveau technologique de pointe grâce à une stratégie d’entreprise combinant croissance externe, différenciation stratégique et une gestion financière exemplaire.

Les activités de BESI

L’entreprise néerlandaise se démarque par ses divisions aux profils très différents, qu’il est important de bien comprendre pour saisir leurs tendances et leur potentiel sur la décennie à venir. En effet, ces divisions, qui ont des dynamiques bien différent, reflètent plutôt bien les évolutions rapides de l’industrie.

BESI est présent dans trois grandes divisions : Die Attach, Packaging (TCB et l’Hybrid Bonding), et le Plating. Ces termes peuvent sembler difficile à comprendre au premier abord, mais pas d’inquiétude, je vais expliquer tout ceci en détail.

La division Die Attach continue à être la division mainstream de Besi avec des caractéristiques importante puisqu’elle est cyclique et relativement mature par rapport au Packaging. En effet, elle repose majoritairement sur la technologie Flip-Chip, qui génère des marges intéressantes et affiche une croissance stable de 7 à 8 % par an sur le long terme.

De l’autre côté, nous avons la division Packaging, qui comprend deux segments : le TCB et l’Hybrid Bonding. Ces deux segments, en phase de pénétration technologique, connaissent une croissance explosive, portée par l’adoption de technologies telles que l’intelligence artificielle.

Passons maintenant au cœur des activités de BESI pour mieux décrypter les fondamentaux de ce dossier ⤵️

Die Attach : l’activité historique de BESI

BESI possède une expertise dans les principales méthodes d’assemblage de puces (Die Attach), couvrant le flip-chip, le Wafer-to-Wafer (W2W) et le Die-to-Wafer (D2W). Ces technologies répondent à des besoins variés, de la production de masse économique aux architectures complexes de pointe.

Le flip-chip : la référence actuelle

Le flip-chip repose sur l’utilisation de bumps en cuivre pour connecter une puce à un substrat. Cette méthode continue à être la plus répandue et la plus économique, dans les marchés des smartphones, de l’automobile et de l’industrie, des segments qui, actuellement, traversent des difficultés importantes.

Depuis deux décennies, la tendance est à la miniaturisation : la taille des bumps et le pitch (l’écart entre eux) ont été divisés par dix, passant par exemple de 100 µm à 10 µm. Cette réduction est au cœur des gains de performance et de densité dans le packaging, permettant d’intégrer davantage de fonctionnalités dans un espace réduit.

Le flip-chip, c’est la façon la plus classique et la moins chère de connecter une puce à une base (qu’on appelle un substrat). C’est tout simplement le fait de coller une puce à un substrat avec des petites gouttes de colle (qu’on appelle des "bumps", faits en cuivre).

On utilise ces gouttes de cuivre pour faire passer l’électricité entre la puce et le substrat.

Depuis 20 ans, pour simplifier, on a réussi à réduire la taille des bumps : auparavant, ils mesuraient 100 µm (un µm étant très petit, 1 000 fois plus petit qu’un millimètre), et ils sont désormais à 10 µm. De plus, il faut ajouter que l’espace entre ces gouttes (le "pitch") a également diminué.

Actuellement, le marché du flip-chip représente 27 milliards de dollars et devrait atteindre 45 milliards en 2030.

Bien évidemment, même si le Flip chip est loin d’être une technique avancée, cette technologie devrait profiter de la tendance actuelle de toujours proposer des puces plus puissantes et plus compactes au fil des années, notamment pour les géants de l’automobile, des smartphones ou encore de l’industrie.

Wafer-to-Wafer (W2W) : empiler pour gagner de la place

Le W2W, c’est prendre deux grandes plaques de silicium (les "wafers") et les coller directement l’une sur l’autre avec de fines connexions en cuivre. Ça rend le processus plus rapide et facile, surtout pour des puces toutes identiques, comme celles des mémoires empilées (DRAM 3D)

Par exemple, le produit qui te sert à lire comme ton ordinateur ou ton téléphone, dispose d’une mémoire qui stocke les données qui est souvent faite comme ça : plusieurs couches empilées pour avoir plus de stockage sans prendre plus de place.

Die-to-Wafer (D2W) : assembler avec soin

Le Die-to-Wafer, c’est comme construire un jouet Lego : tu découpes des petites pièces (les "dies", qui sont les puces) et tu les poses une par une sur une grande plaque (un wafer).

Le D2W est très utile lorsque tu souhaites mélanger différents types de puces, comme une puce pour calculer (CPU ou GPU) et une autre pour stocker (HBM). De plus, on peut tester chaque puce pour être sûr qu’elle fonctionne avant de la coller. Comme ça, on ne gâche pas tout si une puce est cassée.

Concrètement, on choisit le D2W quand on a besoin de flexibilité et de fiabilité. Bien évidemment, c’est plus lent et plus cher que le W2W, mais ça permet de faire des puces plus avancées sans risquer de tout rater à cause d’une seule pièce défectueuse.

Cependant, malgré leurs atouts, le Flip-chip, W2W et le D2W présentent des limites importantes : ils demandent parfois plus de temps, consomment davantage d’énergie et surtout ils manquent de précision par rapport à des technologies plus avancées comme le Thermo-Compression Bonding (TCB) et surtout l’Hybrid Bonding (HB).

Voyons maintenant pourquoi ces deux alternatives se révèlent bien plus performantes pour répondre aux besoins des puces pour les années à venir ⤵️

Comprendre l’avantage concurrentiel de BESI

L’avantage concurrentiel de BESI est principalement technologique. Ainsi, il est essentiel de comprendre le positionnement de BESI sur le bonding.

TCB : Un marché avec des opportunités à saisir

Le TCB (thermocompression bonding) est une évolution qui permet de résoudre les principaux inconvénients du flip-chip (déformation du packaging à cause de la iaison à haute température).

Ainsi, le TCB est une technique clé qui utilise la chaleur et la pression pour assembler des composants minuscules, comme des micro-pointes recouvertes de soudure, avec une précision d’orfèvre comme un horloger.

Cette méthode est devenue indispensable pour produire des mémoires à large bande passante (HBM), essentielles dans les technologies avancées. Pourquoi ? Parce qu’elle permet de connecter des éléments microscopiques très proches les uns des autres (les "pas fins") et surtout de gérer un grand nombre de connexions.

Au-delà de cela, le TCB aide surtout à empiler plusieurs couches de mémoire, pour booster les performances des puces utilisées dans l’intelligence artificielle ou les super-ordinateurs bien au delà du Flip-Chip.

Sur le TCB, on peut estimer que Besi puisse générer entre 120 et 140 millions d’euros de chiffre d’affaires pour BESI d’ici 2026-2027, représentant alors 8% de son chiffre d’affaires, contre à peine 3 % aujourd’hui. 

Dans un marché mondial du TCB projeté à environ 1,7 milliard de dollars en 2026, on peut estimer que BESI puisse prendre une part modeste de 5%, ce qui reste faible notamment si on compare sa domination sur le Die Attach, où l’entreprise détient 45 % du marché.

Cela s’explique tout simplement par le fait que BESI ait pris une longueur d’avance en se concentrant sur le TCB sans flux, il part de presque rien face à une concurrence déjà bien installée, incluant des acteurs comme Hanmi (Corée du Sud), Kulicke & Soffa (États-Unis) et ASMPT (Singapour).

Sur le terrain concurrentiel, Hanmi se démarque comme le champion incontesté dans la mémoire, avec une ambition de 1,5 milliard de dollars de CA d’ici 2026, principalement grâce au TCB pour la mémoire HBM. Ce segment, qui devrait peser entre 600 et 700 millions de dollars en 2024 (après 200-250 millions en 2023), lui offre un boulevard. Cependant, ASMPT commence à grignoter des parts, notamment dans la logique, où il règne avec une part estimée à 80 %. Pendant ce temps, BESI avance discrètement mais sûrement, en déployant des systèmes TCB expérimentaux pour la logique chez Intel et TSMC, et pour la mémoire chez Micron et Samsung, signe d’une stratégie désireuse de prendre des parts de marchés d’ici 2026.

Bien sûr, chaque nouvelle version étant plus moderne et plus performante que la précédente, les acteurs de l’industrie devraient naturellement se tourner vers les solutions avancées de Besi, comme le TCB et l’Hybrid Bonding.

D’ailleurs, si il y a bien une entreprise qui a prouvé qu’elle pouvait prendre des parts de marchés sur le long-terme, c’est bien BESI !

L’hybrid bonding : une révolution dominée par BESI

L’hybrid bonding est clairement la technologie d’interconnexion la plus avancée, essentielle dès que la hauteur des bumps tombe sous les 10 microns (100 fois plus petit qu’un millimètre).

Cette technique "bumpless" (sans bosses) opère directement au niveau des wafers, combinant une liaison diélectrique avec du cuivre pour former une interconnexion permanente.

Pourquoi c’est important ?

• Plus de place : Sans bumps, on peut empiler les puces plus près les unes des autres, ce qui permet de mettre plus de composants dans un petit espace.

• Meilleure performance : Les connexions en cuivre directes sont plus rapides pour transmettre l’électricité, ce qui augmente la vitesse des puces (idéal pour l’IA ou la mémoire HBM).

• Moins de chaleur : Cette méthode réduit les pertes d’énergie, donc les puces chauffent moins.

Concrètement, l’Hybrid Bonding permet une connexion jusqu’à 100 fois supérieure au Thermo-Compression Bonding, tout en optimisant l’efficacité énergétique, ce qui est de plus en plus un point crucial dans cette industrie.

Quasi-monopole technologique sur l’Hybrid Bonding

Actuellement, Besi règne en maître sur ce marché, avec environ 90% de parts de marché, et souhaite tirer parti de cette position pour faire du HB le relais de croissance ultime pour les années à venir.

En 2024, cette technologie devrait représenter 15 % de son chiffre d’affaires. On peut estimer que cela représentera 25 % de ses ventes d’ici 2030, avec une croissance annuelle de 50 % entre 2024 et 2027. D’ailleurs, certains experts du secteur n’hésitent pas à comparer l’importance de l’Hybrid Bonding à celle de l’EUV introduit par ASML en 2016, la considérant comme un pilier pour prolonger la loi de Moore.

Si on regarde la faible concurrence, on retrouve pour le moment Shibaura, son rival japonais, qui atteint une précision de 150 nm (contre 100 nm pour BESI, qui vise 50 nm d’ici 2025-2026), mais sa productivité reste trois fois inférieure à celle de BESI.

Et puis, on retrouve le spin-off d’ASMI, ASMPT, qui réalise un chiffre d’affaires de 2 milliards en 2024 de dollars grâce à sa domination sur le TCB (qui est moins complexe), et qui souhaiterait intégrer le marché de l’Hybrid Bonding mais cela reste très poussif avec seulement quatre systèmes de R&D livrés contre plus de 50 pour Besi. Néanmoins, à long terme, ASMPT pourrait toutefois devenir une menace plus sérieuse, malgré son retard actuel.

Pourquoi l’Hybrid Bonding ne s’impose-t-il pas encore pleinement ?

Pour repousser les limites de la miniaturisation, l’industrie des semi-conducteurs a besoin de technologies toujours plus précises et compactes. Si le TCB domine aujourd’hui grâce à sa fiabilité et son coût maîtrisé, il pourrait bientôt céder la place au Hybrid Bonding plus ou moins vite.

Comparé au TCB, il n’y a pas photo, le HB s’apparente à une Formule 1 face à une voiture diesel qui fait quand même pale figure mise à part son prix attractif.

Dans le secteur, on parle souvent des critères PPA (Power, Performance, Area) : puissance, performance et optimisation de l’espace. L’Hybrid Bonding excelle sur ces trois points face au TCB, sauf sur un aspect qu’on n’a pas mentionné : le prix.

Pour donner un ordre d’idée, le HB est environ 4 fois plus cher, ce qui le rend principalement adapté aux applications de grande valeur.

On pourrait se demander pourquoi les clients de BESI ne se précipitent pas sur l’Hybrid Bonding, une technologie pourtant vantée comme révolutionnaire. La réponse tient en deux mots : coût et attentisme.

Aujourd’hui, seuls des géants comme TSMC, Samsung ou Intel (bien que ce dernier rencontre plus de difficultés) adoptent de façon industriel l’Hybrid Bonding. Pour d’autres acteurs, notamment les OSAT (sous-traitants d’assemblage et de test), investir dans une technologie aussi coûteuse reste prématuré.

Ainsi, pour le moment, les principaux acteurs de l’HBM n’ont pas encore tranché sur la technologie à privilégier pour l’HBM4 à 16 couches, entre l’hybrid bonding et le TCB. À ce stade, le scénario le plus probable semble être l’adoption du TCB Fluxless par Samsung et Micron, en réservant l’hybrid bonding aux produits les plus haut de gamme.

Pricing Power

De plus, on pourrait penser qu’une hausse des ventes d’équipements d’hybrid bonding (HB), pousserait BESI à baisser ses prix pour accélérer sa démocratisation.

Pourtant, BESI fait le choix inverse : grâce à son avance sur ce marché, l’entreprise augmente ses tarifs, convaincue que l’adoption croissante du HB justifie cette stratégie et met en avant l’amélioration de sa technologie au fil des technologies. Ainsi, plus la technologie progresse, plus les prix grimpent et c’est loin d’être un soucis puisque l’avancée technologique devra prendre le pas sur le prix pour des clients comme TSMC.

Pour illustrer ceci, les machines de génération 1+ se vendent 500k€ plus cher que celles de la génération 1, grâce à une précision accrue de 100 nm (contre 150-200 nm auparavant).

Avec la Génération 2, attendue pour octobre 2025 et visant une précision de 50 nm, les prix pourraient encore augmenter de 500 000 €. Par ailleurs, cette hausse s’aligne parfaitement sur la feuille de route de TSMC, qui exigera une précision de 50 nm pour ses puces en 2 nm d’ici 2027. 

Pour BESI, la miniaturisation qui est à venir renforcera encore plus la demande de qualité des équipementiers sur le front-end (ASML par exemple) et sur le back-end (BESI) ce qui devrait faire que les équipementiers auront le potentiel de continuer à monter les prix de leurs machines, ce qui démontre un réel avantage concurrentiel pour la décennie à venir.

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