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芯片生产流程是怎样的,究竟有多难?

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2019年06月18日提问
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    蔡志濠 蔡志濠 的回答 2019-06-18 23:01
    众所周知,半导体芯片的设计和制作环节非常多,简单来看,主要是分为芯片设计、生产、封测三大环节。

    图表1:芯片生产流程

    资料来源:前瞻产业研究院整理

    (二)生产模式介绍 

    越是先进的芯片,其设计开发成本和生产制造成本往往越高,一家半导体公司往往无法单独负担。此时就衍生出了两种生产模式,一种是IDM(垂直整合模式,integrated design and manufacture),另外一种是Fabless-Foundry模式。

    IDM即一个公司包办从设计、制造到销售的全部流程,需要雄厚的运营资本才能支撑此营运模式,如Intel、三星、TI(德州仪器)、东芝、ST(意法半导体)、Nuvoton(新唐)等。其中,三星电子的晶圆厂虽然主要是为了制造自己设计的芯片,但由于建厂成本太高,它同时也给苹果公司为iPhone、iPad设计的处理器提供代工服务。

    Fabless-Foundry是电路设计和代工生产相分离的模式,衍生出这一模式的原因主要有两个:首先,半导体制造业具有规模经济性特征,适合大规模生产。随着制造工艺的进步和晶圆尺寸的增大,单位面积上能够容纳的IC 数量剧增,成品率显著提高。企业扩大生产规模会降低单位产品的成本,提高企业竞争力。其次,半导体产业所需的投资十分巨大,沉没成本高。一般而言,一条8 英寸生产线需要8 亿美元投资,一条12 英寸生产线需要12~15 亿美元的投资,而且每年的运行保养、设备更新与新技术开发等成本占总投资的20%。这意味着除了少数实力强大的IDM厂商有能力扩张外,其他的厂商根本无力扩张。

    但IDM模式自然有其优势:首先,从IC 设计到完成IC制造所需的时间较短,不需要进行硅验证(Silicon Proven),不存在工艺流程对接问题,所以新产品从开发到面市的时间较短。IDM模式还有一个突出的优势便是不会受制于人。目前IC制程工艺最先进的是台积电,很多IC设计公司都将生产委托于它,如苹果、华为、高通、MTK等。这时候台积电的产能问题将左右各大手机芯片厂商的出货量。为了处理器的性能和功耗,大家都在追逐最先进的IC制程工艺,在新的制程工艺成熟之前,肯定会遇到良率和产能问题,把产能优先保障给谁,也是各个设计厂商需要竞争之处。 
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