半导体制造业的未来

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欧洲时报

2020 年 11 月 6 日

虽然内部制造在半导体行业的早期是合理的，但代工厂的整合和快速上市使领先的半导体公司在没有自己的制造工厂的情况下也能成功竞争。如今，大多数半导体公司都没有自己的晶圆厂--它们也不需要。代工厂提供了所需的规模、广度和多样性。事实上，即使是 Facebook、亚马逊和苹果等非半导体公司现在也在利用无晶圆厂模式设计自己的芯片并进行垂直整合。

随着 5G、物联网 (IoT) 和自动驾驶等半导体机遇的不断涌现，以及代工厂模式的成功实践，半导体公司正在重新考虑其增长和制造战略。

高级包装

制造价值链正在从复杂的集成电路 (IC) 和硅工程转向 2.5D、3D-IC、扇出和系统级封装等先进封装。其目标是通过垂直堆叠模块化组件来降低成本、实现定制化和提高产量，同时规避半导体制造的局限性。数十年来，摩尔定律使晶圆产能翻番的能力虽然依然强大，但对于日益多样化的客户群而言，其优势已不如从前那么明显。

客户正在寻求更高水平的定制，以满足日益具体的市场需求。这些并不一定需要最小和最先进的芯片，这意味着半导体公司可以优化生产，在客户需求和晶圆成本之间取得平衡。

安全与新兴技术中心（CEST）最近的一个模型 显示，以 5 纳米技术制造的单个 300 毫米晶圆的成本接近 1.7 万美元。

避免这些高昂的成本对公司来说是一个显而易见的优势。再加上人们认识到并非所有东西都必须放在一个单一的芯片中，半导体公司正将制造创新的重点放在模块化设计上，以满足应用和客户的需求，而不是制造最先进的节点。关键是要创建 10-15 个模块化构件，这些构件可用于不同产品的设计，以满足多种应用需求。采用这种方法后，工作重点和技能组合将转向工程兼容性、质量和可靠性。

例如，向 5G 的过渡需要产量更高的完美创新芯片。由于 5G 信号的敏感性，工程师必须确保芯片周围的环境得到适当控制，以消除噪声和信号干扰。采用模块化方法，工程师可以确保芯片在设计环境中发挥最高性能。

后端制造的改进对未来至关重要。过去，大部分支出都用于前端制造，而后端则更多是事后考虑。现在，随着新质量能力的实施，后端也得到了越来越多的关注。质量管理机构如何检测缺陷和排除故障是一个复杂的问题，但质量管理机构也可以从这些模块中使用的更古老、更稳定的技术中获益，使他们能够专注于新的质量和可追溯性要求。

例如，虽然硅片质量可能集中在更老更坚固的技术上，但其重要性也大大提高。多个芯片的组合使得任何一个故障的成本都要高得多，而且必须更加小心，以确保模块化芯片组的所有部件从晶圆到最终产品的可追溯性和可跟踪性

汽车和工业物联网的机遇

除 5G 外，汽车和物联网市场也带来了可观的增长机会。但这些应用的制造要求与台式机、笔记本电脑和高计算服务器的传统要求大相径庭。

一辆新车需要在多达 100 个互连控制单元中使用多达 8000 个有源半导体。随着新功能、安全性、信息娱乐和网络功能在未来汽车中的应用--从蓝牙连接到支持自动驾驶的传感器和摄像头，这些半导体数量还将继续增加。

人命关天，不容有失。极高的可靠性和宽温差下的可操作性是汽车应用的最关键需求之一。此外，汽车上使用的半导体芯片必须能使用 10-12 年，因此高质量和产品寿命比使用最先进的技术节点更为重要。

弹性对于工业物联网（IIoT）应用来说也至关重要。例如，在无法立即更换部件的环境中，安全高效地操作石油钻井平台所需的多个传感器必须具有成本效益和高可靠性。

根据 Quince Market Insights 的预测，2020 年至 2028 年，全球工业物联网市场的复合年增长率预计将达到 21.3%，其中制造业的进步是关键因素之一。

随着用于各种应用的半导体芯片的不断增长，各种类型的制造都有了用武之地。老式技术具有令人难以置信的生命力。将这些成熟技术与更先进的技术以模块化封装的方式结合起来，可以创造出创新的设计，有助于确保质量和降低成本。