لنكن متحفظين، فإن وضع سلسلة التوريد الحالي لرقائق السيليكون مقاس 8 بوصات (200 مم) سيء للغاية!

لكن هذه ليست مشكلة جديدة بأي حال من الأحوال. فقد أصدرت شركة أبحاث السوق التايوانية "تريند فورس" بيانًا صحفيًا في نوفمبر 2020 جاء فيه: "فيما يتعلق بطاقة إنتاج رقائق السيليكون بحجم 8 بوصات، هناك مشكلة نقص حاد في الإمدادات منذ النصف الثاني من عام 2019".

بالإضافة إلى ذلك، ومما زاد الطين بلة، اندلع حريق في مصنع رينيساس إلكترونيكس ناكا في مارس 2021. وتتفاقم المشكلة بسبب حقيقة أن مصنع رينيساس هنا يزود العديد من الطرازات.

بناءً على ما سبق، تتداخل عوامل عديدة. ومع ذلك، من البديهي أن السبب الرئيسي هو جائحة كوفيد-19. فبسبب هذه الجائحة، ارتفع الطلب بشكل كبير على مختلف المنتجات الإلكترونية، مثل سماعات الرأس، وأجهزة الكمبيوتر، وأجهزة التلفاز، وشاشات العرض، والهواتف المحمولة.

على الرغم من أن السيارات تندرج أيضًا ضمن الفئات المذكورة أعلاه، إلا أن الناس ما زالوا يأملون في تعافي سوق السيارات من آثار جائحة كوفيد-19 في عام 2021. في الوقت الحاضر، تُروج العديد من المنتجات لنموذج النظام على شريحة (SoC) الذي يدمج وظائف متعددة في شريحة واحدة. لذلك، تحتاج العديد من المنتجات إلى تزويدها بدوائر متكاملة متعددة ذات إشارات مختلطة رقمية تناظرية (شريحة الإشارات المختلطة). وتشمل الاستخدامات الرئيسية لهذه المنتجات ما يلي: دائرة إدارة الطاقة (PMIC)، ومستشعر الصور CMOS، ومستشعر التعرف على بصمات الأصابع، ووحدة التحكم في محرك/هيكل السيارة، ودائرة تشغيل الشاشة، وشريحة الاتصالات اللاسلكية دون جيجاهرتز، وغيرها. في الظروف العادية، تُناسب هذه المنتجات عمليات التصنيع بتقنيتي 180 نانومتر و350 نانومتر، ويتم إنتاجها على رقاقات سيليكون بقطر 8 بوصات.

أي أن الطلب المتزايد على المنتجات المستخدمة في هذا النوع من رقائق الإشارة المختلطة (رقائق الإشارة المختلطة) وأشباه الموصلات الكهربائية قد أدى إلى عدم كفاية الطاقة الإنتاجية لرقائق السيليكون مقاس 8 بوصات.

نظراً لمحدودية إمدادات رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات، من المرجح أن تقوم شركة تصنيع الرقائق بتوسيع طاقتها الإنتاجية. وقد تستحوذ الشركة على معدات وخطوط إنتاج رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات التابعة لشركة تصنيع الأجهزة المتكاملة (IDM). ومن الأمثلة على ذلك: تشير التقارير الحديثة إلى أن شركة UMC في تايوان تُجري مباحثات للاستحواذ على خط إنتاج رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات التابع لشركة Japan Semiconductor (التي كانت سابقاً شركة تصنيع أشباه الموصلات التابعة لشركة توشيبا).

لم يتم توفير معلومات من الشركة المصنعة
كما أشار تقرير Trend Force، فإن سبب النقص الحاد في إمدادات أشباه الموصلات الذي بدأ في النصف الثاني من عام 2019 هو أنه لا يوجد تقريبًا أي مصنعين قادرين على إنتاج معدات رقائق السيليكون مقاس 8 بوصات، حتى الآن، لذلك يستمر سعر معدات إنتاج أشباه الموصلات في الارتفاع.    

تستخدم شركة TSMC عمليات تصنيع رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات و12 بوصة. (الصورة من: eetimes)بالإضافة إلى ذلك، فإن سعر رقائق السيليكون ذات قطر 8 بوصات أقل بكثير من سعر رقائق السيليكون ذات قطر 12 بوصة. ولذلك، تعتقد مصانع أشباه الموصلات عمومًا أن توسيع طاقة إنتاج رقائق السيليكون ذات قطر 8 بوصات أقل جدوى من الناحية الاقتصادية. ونتيجة لذلك، حدثت سلسلة من ردود الفعل المتسلسلة. فعلى سبيل المثال، رفعت بعض المصانع أسعار رقائق السيليكون ذات قطر 8 بوصات على عملائها.  
بمعنى آخر، فيما يتعلق بوضع رقائق السيليكون ذات الثماني بوصات، من الأنسب القول إنها تتسم بنقص في المعروض من المصنّعين بدلاً من فوضى في سلسلة التوريد. وقد تم نقل جزء من رقائق السيليكون ذات الاثنتي عشرة بوصة.
أما بالنسبة لمصانع رقائق السيليكون مقاس 12 بوصة (300 مم)، فإن العديد من الشركات، ممثلة بشركتي TSMC وGLOBALFOUNDRIES، تستثمر بحماس لتوسيع طاقتها الإنتاجية. مع ذلك، لا يُلاحظ أي تحسن في إنتاج رقائق السيليكون مقاس 8 بوصات.  
نظراً لعدم وجود تحسن في طاقة إنتاج رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات، يتجه بعض المصنّعين إلى التحوّل من خطوط إنتاج رقائق السيليكون الحالية بقياس 8 بوصات، والتي تعمل بتقنيتي 180 نانومتر و350 نانومتر، إلى رقائق السيليكون بقياس 12 بوصة. إضافةً إلى ذلك، تستطيع العديد من مصانع أشباه الموصلات توفير عمليات تصنيع بقياس 130 نانومتر على رقائق السيليكون بقياس 12 بوصة، ما يجعلها مصادر إمداد ثانوية أو أساسية. وبالتالي، يُسهم هذا في تحسين التنوع الجغرافي لسلسلة التوريد. خصائص تقنيات تصنيع 180 نانومتر و130 نانومتر
على الرغم من تشابه عمليات تصنيع الدوائر الإلكترونية بتقنيتي 180 نانومتر و130 نانومتر، إلا أنها تختلف أيضًا. والسبب الرئيسي هو انخفاض جهد العتبة للترانزستور بدرجات متفاوتة. يتراوح جهد تغذية النواة بين 1.8 و1.5 فولت، وقد يصل إلى 1.2 فولت. إضافةً إلى ذلك، تتوفر خيارات تقنية تصنيع متنوعة لدعم جهود الإدخال/الإخراج 5 فولت/3.3 فولت، وتتشابه هذه الخصائص التقنية إلى حد كبير بالنسبة للمكونات السلبية، وهي بالغة الأهمية لتصميم الدوائر التناظرية/الترددات الراديوية.    

مخطط مقارنة لأهم تقنيات العقد المستخدمة في الدوائر المتكاملة للإشارات المختلطة وغيرها من المنتجات. (الصورة من: eetimes)

تتميز تقنية الرقاقات ذات الـ 12 بوصة بعدة مزايا. فبفضل استخدام النحاس بدلاً من الألومنيوم في التقنيات القديمة، ترتفع كثافة التيار المسموح بها، وتتحسن مقاومة الهجرة الكهربائية بشكل ملحوظ. إضافةً إلى ذلك، تحتوي هذه التقنية على طبقات معدنية أكثر، مما يُصغّر حجم الترانزستور. وبالتالي، يُمكن تقليل حجم الرقاقة وتحسين الأداء من خلال زيادة كثافة الترانزستورات وكثافة الأسلاك.  
بالإضافة إلى ذلك، تدعم معظم تقنيات التصنيع بتقنية 180 نانومتر ومعظم تقنيات التصنيع بتقنية BCD (ثنائي القطب CMOS-DMOS) بتقنية 130 نانومتر وظائف مثل عزل الخنادق الضحلة (STI). وبالتالي، بالمقارنة مع عزل LOCOS (الأكسدة الموضعية للسيليكون) المستخدم في معظم تقنيات 350 نانومتر، يمكن الحصول على كثافة أعلى ووظائف حماية من ظاهرة التثبيت، وغيرها. ومن ثم، يتحقق تحسين أداء الخط واستقراره.  
تُعدّ عملية تصنيع الرقاقات بتقنية BCD 130 نانومتر اليوم ناضجة تمامًا، ما يجعلها خيارًا مناسبًا للعديد من تقنيات التصنيع، مثل ترانزستورات الجهد العالي بمستوياتها المختلفة، وأشباه موصلات التخزين غير المتطايرة، ومكثفات MIM (معدن-طبقة عازلة-معدن)، وثنائيات زينر/ثنائيات شوتكي، وغيرها. وبالتالي، لا يقتصر الأمر على إمكانية دمج وظائف تناظرية/ترددات لاسلكية معقدة مع حلول SoC، بل يُمكن أيضًا توفير مزايا أخرى. كما تتمتع رقاقات السيليكون بقياس 8 بوصات بالعديد من المزايا.
تتمتع رقائق السيليكون ذات قطر 8 بوصات بالعديد من المزايا، منها على سبيل المثال انخفاض سعرها عند تصنيعها بتقنية 350 نانومتر.  
تتلخص الأسباب فيما يلي: انخفاض قيمة معدات الإنتاج، وبساطة عملية الإنتاج نسبيًا (عدد طبقات أقل). إضافةً إلى ذلك، قد لا يُمكن تصغير بعض الدوائر التناظرية بنجاح في العملية الجديدة، لذا قد يكون سعر شريحة أشباه الموصلات من نفس مستوى 130 نانومتر أعلى من سعر شريحة 350 نانومتر. مع ذلك، عندما يتعذر إنتاج منتج ما بسبب نقص في المكونات، فإن ذلك يُشكل في أغلب الأحيان وضعًا بالغ الخطورة، وليس مجرد فرق بسيط في تكلفة شرائح أشباه الموصلات.  
بالإضافة إلى ذلك، ينصبّ تركيز الناس في هذه المرحلة على أنه على الرغم من تحوّل العديد من مصانع أشباه الموصلات من 8 بوصات إلى 12 بوصة، لم يصدر أي مصنّع بيانًا رسميًا بهذا الشأن. ورغم الجهود الحثيثة التي يبذلها المصنّعون الماهرون في مجال الدوائر المتكاملة ذات الإشارات المختلطة، إلا أنه ينبغي عليهم البدء أولًا بدراسة منافذ مخطط الدائرة وبيانات الدائرة المتكاملة.  
فيما يتعلق بالاستثمار المطلوب لإعادة تصميم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC)، ينبغي تنسيق المنتجات الأخرى لتجنب نفس المشاكل التي واجهتها سلسلة التوريد ذات 8 بوصات.  
يتميز هذا المعالج بتقنية 130 نانومتر بصغر حجمه، مما يسمح بدمجه مع أنوية سلسلة "Arm Cortex-M" دون زيادة في التكلفة. ولا تتجاوز مساحة الشريحة المطلوبة لوحدة المعالجة المركزية منخفضة الأداء بضعة ملليمترات مربعة، كما يمكن دمجه مع ذاكرة SRAM بسعة 64 كيلوبت/128 كيلوبت بكفاءة عالية.  
استنادًا إلى بيانات اليوم، تستغرق عملية تصميم الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) والإنتاج الضخم والحصول على الشهادات من 14 إلى 24 شهرًا (بحسب درجة التعقيد). ويُفترض إنجاز النموذج الأولي للسيليكون خلال عام. أما بالنسبة للمنتجات المخصصة للسيارات، فتستغرق العملية من 24 إلى 36 شهرًا (بحسب درجة التعقيد) بدءًا من إعداد المواصفات وحتى الحصول على موافقة جزء الإنتاج (PPAP). تبدأ الميزانية العامة لدائرة متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASIC) بتقنية 130 نانومتر من 600,000 دولار أمريكي (بحسب درجة التعقيد الفعلية ومحتوى الملكية الفكرية). وإذا استندت إلى معيار AEC-Q100، فإن التكلفة تبلغ حوالي 4 ملايين دولار أمريكي. واليوم، تقل تكلفة أداة القناع لعملية 130 نانومتر (رقاقة 12 بوصة) عن 200,000 دولار أمريكي، ما يمثل نسبة ضئيلة من التكلفة الإجمالية.  
تُصنع العديد من أجهزة الإشارات المختلطة من رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات، والتي تعاني من نقص في المعروض. ونظرًا لعدم كفاية الاستثمار في خطوط إنتاج رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات (بسبب انخفاض العائد على الاستثمار)، ستستمر مشاكل سلسلة التوريد في المستقبل.  
 

يُعدّ هذا النقص في إمدادات أشباه الموصلات بمثابة "تحذير" إلى حدٍّ ما. ينبغي على الشركات التي تستخدم حاليًا رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات أن تُفكّر أولًا في الطلب المستقبلي. إضافةً إلى ذلك، سواءً كان ذلك في قاعدة الإنتاج الرئيسية أو لدى المورّد الثاني، يجب ضمان وقت كافٍ قبل إتمام جميع العمليات.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مراقبة صناعة أشباه الموصلات". لا تمثل هذه المقالة سوى وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تعكس بالضرورة آراء شركة ساكو مايكرو أو قطاع صناعة أشباه الموصلات. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن