Siendo conservadores, la situación actual de la cadena de suministro de obleas de 8 pulgadas (200 mm) es bastante grave.

Sin embargo, este no es un problema nuevo. TrendForce, una empresa de investigación de mercado de Taiwán, publicó un comunicado de prensa en noviembre de 2020 en el que afirmaba: "En cuanto a la capacidad de producción de obleas de 8 pulgadas, existe un grave problema de escasez de suministro desde la segunda mitad de 2019".

Además, para colmo, en marzo de 2021 se produjo un incendio en la fábrica de Renesas Electronics en Naka. El problema se agrava por el hecho de que la fábrica de Renesas en esta localidad suministra muchos modelos.

En base a lo anterior, muchos factores están interrelacionados. Sin embargo, es evidente que la principal causa es la COVID-19. Debido a la pandemia, la demanda de diversos productos electrónicos, como auriculares, ordenadores, televisores, pantallas y teléfonos móviles, se ha disparado.

Aunque los automóviles también entran en las categorías anteriores, la gente aún espera que el mercado automotriz se recupere de la sombra de la pandemia de COVID-19 en 2021. Hoy en día, varios productos promueven el modelo SoC (Sistema en Chip) que integra múltiples funciones en uno. Por lo tanto, muchos productos necesitan estar equipados con múltiples circuitos integrados con señal mixta digital-analógica (chip de señal mixta). Los principales usos de los productos mencionados son los siguientes: PMIC (circuito integrado de administración de energía), sensor de imagen CMOS, sensor de reconocimiento de huellas dactilares, control de motor/chasis de automóviles, circuito integrado controlador de pantalla, chip de comunicación inalámbrica sub-gigahertz, etc. En circunstancias normales, los mencionados son adecuados para procesos de 180 nm y 350 nm y se producen en obleas de 8 pulgadas.

Es decir, la creciente demanda de productos utilizados en este tipo de chips de señal mixta (Mixed Signal Chip) y semiconductores de potencia ha provocado una capacidad de producción insuficiente de obleas de 8 pulgadas.

Debido a la escasez de obleas de 8 pulgadas, es probable que la fundición amplíe su capacidad de producción. Podría adquirir los equipos y líneas de producción de obleas de 8 pulgadas del fabricante integrado verticalmente (IDM: Integrated Device Manufacturer). Algunos ejemplos son los siguientes: Informes recientes indican que UMC en Taiwán está negociando la adquisición de la línea de producción de 8 pulgadas de Japan Semiconductor (anteriormente la división de fabricación de semiconductores de Toshiba).

No se proporcionó ningún fabricante
Como señaló el informe de Trend Force, la razón de la grave escasez de suministro de semiconductores que comenzó en la segunda mitad de 2019 es que casi ningún fabricante puede producir equipos para obleas de 8 pulgadas, incluso ahora, por lo que el precio de los equipos de producción de semiconductores sigue aumentando.    

TSMC utiliza procesos de fabricación de obleas de 8 y 12 pulgadas. (Imagen de: eetimes)Además, el precio de las obleas de 8 pulgadas es mucho menor que el de las de 12 pulgadas. Por lo tanto, las fundiciones generalmente consideran que ampliar la capacidad de producción de obleas de 8 pulgadas resulta menos rentable. Como consecuencia, se produjo una serie de reacciones en cadena. Por ejemplo, algunas fundiciones aumentaron el precio de las obleas de 8 pulgadas para sus clientes.  
En otras palabras, en lo que respecta a la situación de las obleas de 8 pulgadas, es mejor decir que se caracteriza por una "insuficiente oferta de fabricantes" en lugar de un "caos en la cadena de suministro". Parte de la oblea de 12 pulgadas se "desvía".
En cuanto a las fábricas de obleas de 12 pulgadas (300 mm), varias empresas, entre ellas TSMC y GLOBALFOUNDRIES, están invirtiendo con entusiasmo para ampliar su capacidad de producción. Sin embargo, no se observan mejoras en las obleas de 8 pulgadas.  
Dado que no ha habido mejoras en la capacidad de producción de obleas de 8 pulgadas, algunos fabricantes están cambiando sus líneas de producción existentes de 180 nm y 350 nm a obleas de 12 pulgadas. Además, muchas fundiciones pueden proporcionar procesos de 130 nm producidos en obleas de 12 pulgadas, por lo que pueden utilizarse como fuentes de suministro secundarias o primarias. Por lo tanto, esto ayuda a mejorar la diversidad geográfica de la cadena de suministro. Características de la tecnología de procesos de 180 nm y 130 nm
Aunque los procesos de 180 nm y 130 nm son similares, también presentan diferencias. La principal razón es que la tensión umbral del transistor disminuye en distintos grados. La tensión de alimentación del núcleo oscila entre 1.8 V y 1.5 V, o incluso tan baja como 1.2 V. Además, existen diversas opciones de tecnología de proceso para admitir tensiones de E/S de 5 V/3.3 V, y estas características de proceso son muy similares para los componentes pasivos, que son de vital importancia para el diseño analógico/RF.    

Tabla comparativa de las principales tecnologías de nodos utilizadas en ASIC de señal mixta y otros productos. (Imagen de: eetimes)

La tecnología de obleas de 12 pulgadas presenta varias ventajas. Dado que se puede utilizar cobre en lugar de aluminio, como en las tecnologías de generaciones anteriores, la densidad de corriente admisible es mayor y la resistencia a la electromigración es excelente. Además, cuenta con más capas metálicas y el tamaño del transistor es menor. Por lo tanto, al aumentar la densidad de transistores y la densidad de cableado, se puede reducir el tamaño del chip y mejorar el rendimiento.  
Además, la mayoría de las tecnologías de proceso de 180 nm y la mayoría de las tecnologías de proceso BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) de 130 nm admiten funciones como STI (Shallow Trench Isolation). Por lo tanto, en comparación con el aislamiento LOCOS (Local Oxidation of Silicon) utilizado en la mayoría de las tecnologías de 350 nm, se puede obtener una mayor densidad, funciones de protección contra enganches, etc. De esta manera, se logra una mejora en el rendimiento y la estabilidad de la línea.  
Actualmente, el proceso BCD de 130 nm está bastante maduro y, por lo tanto, puede utilizarse como opción para diversas tecnologías de procesamiento. Tales como diferentes niveles de transistores de alto voltaje, semiconductores de almacenamiento no volátil, condensadores MIM (metal-película aislante-metal), diodos Zener/diodos Schottky, etc. Por lo tanto, no solo se pueden integrar funciones analógicas/RF complejas con soluciones SoC, sino que también se pueden proporcionar otros beneficios. Las obleas de 8 pulgadas también tienen muchas ventajas.
Las obleas de 8 pulgadas también presentan muchas ventajas. Por ejemplo, la ventaja de precio de las obleas de 8 pulgadas fabricadas a 350 nanómetros.  
Las razones son las siguientes: el equipo de producción se ha depreciado y el proceso de fabricación es relativamente sencillo (menos capas). Además, algunos circuitos analógicos podrían no ser miniaturizables con éxito en el nuevo proceso, por lo que el precio de un chip semiconductor de 130 nm podría ser superior al de uno de 350 nm. Sin embargo, cuando un producto no puede fabricarse por falta de componentes, en la mayoría de los casos se produce una situación extremadamente grave, más que una simple diferencia de precio entre los chips semiconductores.  
Además, en esta etapa, la atención se centra en que, si bien varias fundiciones están pasando de encapsulados de 8 a 12 pulgadas, ningún fabricante se ha pronunciado al respecto. Aunque los fabricantes especializados en ASIC de señal mixta están trabajando arduamente, deberían comenzar por analizar los puertos del diagrama de circuitos y la hoja de datos del circuito integrado.  
En lo que respecta a la inversión necesaria para rediseñar el ASIC, se deberían coordinar otros productos para evitar los mismos problemas que la cadena de suministro de 8 pulgadas.  
El tamaño de característica de 130 nm es menor, por lo que se puede integrar con los núcleos de la serie "Arm Cortex-M" sin aumentar el costo. El área del chip requerida para una CPU de gama baja es de solo unos pocos milímetros cuadrados, y es posible integrarla con SRAM de 64 kbit/128 kbit con alta eficiencia.  
A juzgar por la hoja de datos actual, el cronograma desde el diseño del ASIC, la producción en masa y la obtención de la certificación lleva de 14 a 24 meses (dependiendo de la complejidad). El prototipo inicial de silicio debería estar listo en un año. Si se trata de un producto automotriz, lleva aproximadamente de 24 a 36 meses (dependiendo de la complejidad) desde la producción de las especificaciones hasta el PPAP (Proceso de aprobación de la pieza de producción). El presupuesto general para un ASIC de 130 nm comienza en US$600,000 (dependiendo de la complejidad real y el contenido de IP). Si se basa en AEC-Q100, el costo es de aproximadamente US$4 millones. Actualmente, el costo de la herramienta de máscara para el proceso de 130 nm (oblea de 12 pulgadas) es inferior a US$200,000, lo que representa una baja proporción del costo total.  
Muchos dispositivos de señal mixta se fabrican con obleas de 8 pulgadas, cuya disponibilidad es limitada. Debido a la insuficiente inversión en líneas de producción de obleas de 8 pulgadas (por la baja rentabilidad de la inversión), los problemas en la cadena de suministro persistirán en el futuro.  
 

Esta escasez de semiconductores constituye, en cierta medida, una advertencia. Las empresas que actualmente utilizan obleas de 8 pulgadas deberían considerar primero la demanda futura. Además, tanto si se trata de la base de producción principal como del segundo proveedor, es necesario garantizar un tiempo suficiente antes de que se completen todos los procesos.

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