اگر بخواهیم محافظه‌کار باشیم، وضعیت فعلی زنجیره تأمین برای ویفرهای ۸ اینچی (۲۰۰ میلی‌متری) کاملاً وخیم است!

با این حال، این به هیچ وجه مشکل جدیدی نیست. TrendForce، یک شرکت تحقیقات بازار در تایوان، در نوامبر 2020 بیانیه‌ای منتشر کرد و گفت: «از نظر ظرفیت تولید ویفر 8 اینچی، از نیمه دوم سال 2019 مشکل کمبود عرضه جدی وجود داشته است.»

علاوه بر این، در مارس ۲۰۲۱، آتش‌سوزی در کارخانه Renesas Electronics Naka اوضاع را بدتر کرد. این مشکل با این واقعیت تشدید می‌شود که کارخانه Renesas در اینجا مدل‌های زیادی را عرضه می‌کند.

بر اساس پیشینه فوق، عوامل زیادی در هم تنیده شده‌اند. با این حال، ناگفته پیداست که بزرگترین دلیل، کووید-۱۹ است. به دلیل همه‌گیری کووید-۱۹، تقاضا برای محصولات الکترونیکی مختلف مانند هدفون، کامپیوتر، تلویزیون، صفحه نمایش و تلفن همراه افزایش یافته است.

اگرچه خودروها نیز در دسته‌های فوق قرار می‌گیرند، اما مردم هنوز امیدوارند که بازار خودرو در سال 2021 از سایه اپیدمی جدید کرونا رهایی یابد. امروزه محصولات مختلفی مدل SoC (سیستم روی تراشه) را ترویج می‌دهند که چندین عملکرد را در یک واحد ادغام می‌کند. بنابراین، بسیاری از محصولات باید به چندین IC با سیگنال ترکیبی دیجیتال-آنالوگ (تراشه سیگنال ترکیبی) مجهز شوند. کاربردهای اصلی محصولات فوق به شرح زیر است: PMIC (آی‌سی مدیریت توان)، حسگر تصویر CMOS، حسگر تشخیص اثر انگشت، کنترل موتور/شاسی خودرو، آی‌سی درایور نمایشگر، تراشه ارتباط بی‌سیم ساب گیگا هرتز و غیره. در شرایط عادی، موارد فوق برای فرآیندهای 180 نانومتر و 350 نانومتر مناسب هستند و روی ویفرهای 8 اینچی تولید می‌شوند.

یعنی تقاضای روزافزون برای محصولات مورد استفاده در این نوع تراشه سیگنال مختلط (Mixed Signal Chip) و نیمه هادی های قدرت، منجر به ظرفیت تولید ناکافی ویفرهای ۸ اینچی شده است.

با توجه به محدودیت عرضه ویفرهای ۸ اینچی، این کارخانه ریخته‌گری احتمالاً ظرفیت تولید خود را گسترش خواهد داد. این کارخانه ریخته‌گری ممکن است تجهیزات تولید ویفر ۸ اینچی و خطوط تولید تولیدکننده یکپارچه عمودی (IDM: Integrated Device Manufacturer) را خریداری کند. نمونه‌هایی که می‌توان به آنها اشاره کرد عبارتند از: گزارش‌های اخیر نشان می‌دهد که UMC در تایوان در حال مذاکره برای خرید خط تولید ۸ اینچی Japan Semiconductor (که قبلاً شرکت تولید نیمه‌هادی توشیبا بود) است.

هیچ سازنده‌ای ارائه نشده است
همانطور که گزارش ترند فورس اشاره کرد، دلیل کمبود شدید عرضه نیمه‌هادی که از نیمه دوم سال ۲۰۱۹ آغاز شد، این است که تقریباً هیچ تولیدکننده‌ای نمی‌تواند تجهیزات ویفر ۸ اینچی تولید کند، حتی در حال حاضر، بنابراین قیمت تجهیزات تولید نیمه‌هادی همچنان در حال افزایش است.    

TSMC از فرآیندهای ویفر ۸ اینچی و ۱۲ اینچی استفاده می‌کند. (تصویر از: eetimes)علاوه بر این، قیمت ویفرهای ۸ اینچی بسیار کمتر از ویفرهای ۱۲ اینچی است. بنابراین، کارخانه‌های ریخته‌گری عموماً معتقدند که گسترش ظرفیت تولید ۸ اینچی مقرون به صرفه نیست. در نتیجه، یک سری واکنش‌های زنجیره‌ای رخ داد. به عنوان مثال، برخی از کارخانه‌های ریخته‌گری قیمت ویفرهای ۸ اینچی را برای مشتریان افزایش دادند.  
به عبارت دیگر، تا جایی که به وضعیت ویفرهای ۸ اینچی مربوط می‌شود، بهتر است بگوییم که این وضعیت با «تولیدکنندگان ناکافی» مشخص می‌شود تا «هرج و مرج زنجیره تأمین». بخشی از ویفر ۱۲ اینچی «جابجا» شده است.
در مورد کارخانه‌های ریخته‌گری ویفر ۱۲ اینچی (۳۰۰ میلی‌متری)، شرکت‌های مختلفی از جمله TSMC و GLOBALFOUNDRIES با اشتیاق برای گسترش ظرفیت تولید سرمایه‌گذاری می‌کنند. با این حال، هیچ پیشرفتی برای ویفر ۸ اینچی مشاهده نمی‌شود.  
از آنجایی که هیچ پیشرفتی در ظرفیت تولید ویفر ۸ اینچی حاصل نشده است، برخی از تولیدکنندگان از خطوط تولید ۸ اینچی ۱۸۰ نانومتری و ۳۵۰ نانومتری موجود به ویفرهای ۱۲ اینچی روی آورده‌اند. علاوه بر این، بسیاری از کارخانه‌های ریخته‌گری می‌توانند فرآیندهای ۱۳۰ نانومتری تولید شده روی ویفرهای ۱۲ اینچی را ارائه دهند، بنابراین می‌توان از آنها به عنوان منابع تأمین ثانویه یا اولیه استفاده کرد. بنابراین، این امر به بهبود تنوع جغرافیایی زنجیره تأمین کمک می‌کند. ویژگی‌های فناوری فرآیند ۱۸۰ نانومتری و ۱۳۰ نانومتری
اگرچه فرآیندهای ۱۸۰ نانومتری و ۱۳۰ نانومتری فرآیندهای مشابهی دارند، اما تفاوت‌هایی نیز دارند. دلیل اصلی این است که ولتاژ آستانه ترانزیستور به درجات مختلفی کاهش می‌یابد. ولتاژ تغذیه هسته ۱.۸ ولت تا ۱.۵ ولت یا حداقل ۱.۲ ولت است. علاوه بر این، گزینه‌های فناوری فرآیند مختلفی برای پشتیبانی از ولتاژهای ورودی/خروجی ۵ ولت/۳.۳ ولت وجود دارد و این ویژگی‌های فرآیند برای اجزای غیرفعال که برای طراحی آنالوگ/RF بسیار مهم هستند، بسیار مشابه هستند.    

نمودار مقایسه فناوری‌های اصلی گره مورد استفاده در ASIC سیگنال ترکیبی و سایر محصولات. (تصویر از: eetimes)

فناوری ویفر ۱۲ اینچی مزایای متعددی دارد. از آنجایی که در فناوری‌های نسل قدیمی‌تر می‌توان از مس به جای آلومینیوم استفاده کرد، چگالی جریان مجاز نیز بالاتر است و مقاومت الکترومهاجرتی نیز عالی است. علاوه بر این، لایه‌های فلزی بیشتری وجود دارد و اندازه ترانزیستور کوچکتر است. بنابراین، با افزایش چگالی ترانزیستور و چگالی سیم‌کشی، می‌توان اندازه تراشه را کاهش داد و عملکرد را بهبود بخشید.  
علاوه بر این، اکثر فناوری‌های فرآیند ۱۸۰ نانومتری و اکثر فناوری‌های فرآیند ۱۳۰ نانومتری BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) می‌توانند از عملکردهایی مانند STI (ایزولاسیون کم عمق ترانشه) پشتیبانی کنند. بنابراین، در مقایسه با عایق LOCOS (اکسیداسیون موضعی سیلیکون) که در اکثر فناوری‌های ۳۵۰ نانومتری استفاده می‌شود، می‌توان چگالی بالاتر، عملکردهای محافظتی چفت شونده و غیره را به دست آورد. بنابراین، اثر بهبود عملکرد خط و پایداری حاصل می‌شود.  
امروزه، فرآیند BCD با طول موج ۱۳۰ نانومتر کاملاً بالغ شده است و بنابراین می‌تواند به عنوان گزینه‌ای برای فناوری‌های مختلف فرآیند مورد استفاده قرار گیرد. مانند سطوح مختلف ترانزیستورهای ولتاژ بالا، نیمه‌هادی‌های ذخیره‌سازی غیرفرار، خازن‌های MIM (فیلم عایق فلز-فلز)، دیودهای زنر/دیودهای شاتکی و غیره. بنابراین، نه تنها می‌توان توابع پیچیده آنالوگ/RF را با راه‌حل‌های SoC ادغام کرد، بلکه مزایای دیگری نیز می‌توان ارائه داد. ویفرهای ۸ اینچی نیز مزایای زیادی دارند.
ویفرهای ۸ اینچی مزایای زیادی هم دارند. برای مثال، مزیت قیمت ویفرهای ۸ اینچی که با فناوری ۳۵۰ نانومتر تولید می‌شوند.  
دلایل به شرح زیر است: تجهیزات تولید مستهلک شده‌اند و فرآیند تولید نسبتاً ساده است (لایه‌های کمتر). علاوه بر این، ممکن است برخی از مدارهای آنالوگ نتوانند در فرآیند جدید با موفقیت کوچک‌سازی شوند، بنابراین قیمت یک تراشه نیمه‌هادی در سطح مشابه ۱۳۰ نانومتر ممکن است بالاتر از ۳۵۰ نانومتر باشد. با این حال، هنگامی که یک محصول به دلیل کمبود قطعات قابل تولید نیست، در بیشتر موارد، یک وضعیت بسیار جدی رخ می‌دهد، نه یک تفاوت ساده در هزینه تراشه‌های نیمه‌هادی.  
علاوه بر این، تمرکز مردم در این مرحله بر این است که اگرچه کارخانه‌های ریخته‌گری مختلف در حال تغییر از ۸ اینچ به ۱۲ اینچ هستند، اما هیچ تولیدکننده‌ای هیچ اظهار نظری نکرده است. اگرچه تولیدکنندگان ماهر در ASIC سیگنال مختلط سخت کار می‌کنند، اما ابتدا باید با پورت‌های نمودار مدار و برگه اطلاعات IC شروع کنند.  
از نظر سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای طراحی مجدد ASIC، سایر محصولات باید هماهنگ شوند تا از مشکلات مشابه زنجیره تأمین ۸ اینچی جلوگیری شود.  
اندازه مشخصه ۱۳۰ نانومتری کوچکتر است، بنابراین می‌توان آن را بدون افزایش هزینه با هسته‌های سری "Arm Cortex-M" ادغام کرد. مساحت تراشه مورد نیاز برای CPU رده پایین تنها چند میلی‌متر مربع است و می‌توان آن را با SRAM 64kbit/128kbit با راندمان بالا ادغام کرد.  
با توجه به برگه اطلاعات امروز، برنامه زمانی از طراحی ASIC، تولید انبوه و اخذ گواهینامه ۱۴ تا ۲۴ ماه (بسته به پیچیدگی) طول می‌کشد. سیلیکون نوع اولیه اولیه باید ظرف یک سال تکمیل شود. اگر محصول خودرو باشد، از تولید مشخصات تا PPAP (فرآیند تأیید قطعه تولید، فرآیند تأیید قطعه تولید) حدود ۲۴ تا ۳۶ ماه (بسته به پیچیدگی) طول می‌کشد. بودجه کلی برای یک ASIC 130 نانومتری از ۶۰۰۰۰۰ دلار آمریکا (بسته به پیچیدگی واقعی و محتوای IP) شروع می‌شود. اگر بر اساس AEC-Q100 باشد، هزینه حدود ۴ میلیون دلار آمریکا است. امروزه، هزینه ابزار ماسک برای فرآیند ۱۳۰ نانومتری (ویفر ۱۲ اینچی) کمتر از ۲۰۰۰۰۰ دلار آمریکا است که بخش کمی از هزینه کلی را تشکیل می‌دهد.  
بسیاری از دستگاه‌های سیگنال ترکیبی از ویفرهای ۸ اینچی ساخته می‌شوند که کمبود آنها احساس می‌شود. به دلیل سرمایه‌گذاری ناکافی در خطوط تولید ویفر ۸ اینچی (به دلیل بازده سرمایه‌گذاری پایین)، مشکلات زنجیره تأمین در آینده نیز ادامه خواهد داشت.  
 

این کمبود عرضه نیمه‌هادی تا حدودی یک «هشدار» است. شرکت‌هایی که در حال حاضر از ویفرهای ۸ اینچی استفاده می‌کنند، ابتدا باید تقاضای آینده را در نظر بگیرند. علاوه بر این، چه پایگاه اصلی تولید باشد و چه تأمین‌کننده دوم (Second Source)، باید قبل از تکمیل تمام فرآیندها، زمان کافی تضمین شود.

سلب مسئولیت: این مقاله از «نظارت بر صنعت نیمه‌هادی» کپی شده است. این مقاله فقط بیانگر دیدگاه‌های شخصی نویسنده است و بیانگر دیدگاه‌های ساکو میکرو و صنعت نیست. این مقاله فقط برای چاپ مجدد و به اشتراک گذاری جهت حمایت از حفاظت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده را برای چاپ مجدد ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن