Jeśli mam być ostrożny, obecna sytuacja w łańcuchu dostaw płytek o średnicy 8 cali (200 mm) jest naprawdę poważna!

Nie jest to jednak nowy problem. TrendForce, tajwańska firma badawcza rynku, opublikowała w listopadzie 2020 roku komunikat prasowy, w którym stwierdziła: „Jeśli chodzi o moce produkcyjne 8-calowych płytek krzemowych, od drugiej połowy 2019 roku występuje poważny problem z niedoborem podaży”.

Co gorsza, w marcu 2021 roku w fabryce Renesas Electronics Naka wybuchł pożar. Problem pogłębia fakt, że fabryka Renesasa produkuje tu wiele modeli.

W świetle powyższego, wiele czynników jest ze sobą „splątanych”. Nie ulega jednak wątpliwości, że główną przyczyną jest COVID-19. Z powodu epidemii COVID-19 gwałtownie wzrósł popyt na różnorodne produkty elektroniczne, takie jak słuchawki, komputery, telewizory, ekrany i telefony komórkowe.

Chociaż samochody również zaliczają się do powyższych kategorii, ludzie wciąż mają nadzieję, że rynek motoryzacyjny otrząsnie się z cienia nowej epidemii w 2021 roku. Obecnie wiele produktów promuje modele SoC (System on Chip), które integrują wiele funkcji w jedną całość. W związku z tym wiele produktów musi być wyposażonych w wiele układów scalonych z cyfrowo-analogowym sygnałem mieszanym (Mixed Signal Chip). Główne zastosowania powyższych produktów to: PMIC (Power Management IC), matryca obrazu CMOS, czujnik odcisków palców, sterowanie silnikiem/podwoziem samochodu, układ sterownika wyświetlacza, układ komunikacji bezprzewodowej Sub Giga Hertz itp. W normalnych warunkach powyższe nadają się do procesów 180 nm i 350 nm i są produkowane na 8-calowych płytkach.

Rosnący popyt na produkty stosowane w tego typu mieszanych układach scalonych (Mixed Signal Chip) oraz półprzewodnikach mocy doprowadził do niewystarczających zdolności produkcyjnych wafli 8-calowych.

Z uwagi na ograniczenia podaży 8-calowych płytek, odlewnia prawdopodobnie zwiększy swoje moce produkcyjne. Możliwe jest przejęcie przez nią sprzętu do produkcji 8-calowych płytek i linii produkcyjnych od producenta urządzeń zintegrowanych (IDM: Integrated Device Manufacturer). Przykłady: Ostatnie doniesienia wskazują, że tajwańska firma UMC rozważa przejęcie linii produkcyjnej 8-calowych płytek Japan Semiconductor (dawniej firmy produkującej półprzewodniki należącej do Toshiby).

Brak informacji od producenta
Jak wskazano w raporcie Trend Force, przyczyną poważnych niedoborów podaży półprzewodników, które rozpoczęły się w drugiej połowie 2019 r., jest to, że prawie żaden producent nie jest w stanie wyprodukować sprzętu do produkcji płytek 8-calowych, co powoduje, że ceny sprzętu do produkcji półprzewodników nadal rosną.    

TSMC wykorzystuje technologię produkcji płytek 8- i 12-calowych. (Zdjęcie ze strony: eetimes)Ponadto cena płytek 8-calowych jest znacznie niższa niż 12-calowych. Dlatego odlewnie generalnie uważają, że zwiększenie mocy produkcyjnych płytek 8-calowych jest mniej opłacalne. W rezultacie nastąpił szereg reakcji łańcuchowych. Na przykład, niektóre odlewnie podniosły ceny płytek 8-calowych dla klientów.  
Innymi słowy, jeśli chodzi o sytuację 8-calowych płytek, lepiej byłoby powiedzieć, że charakteryzuje ją „niedostateczna podaż producentów” niż „chaos w łańcuchu dostaw”. Część 12-calowego wafla jest „przenoszona”.
Jeśli chodzi o odlewnie płytek 12-calowych (300 mm), różne firmy reprezentowane przez TSMC i GLOBALFOUNDRIES entuzjastycznie inwestują w rozbudowę mocy produkcyjnych. Jednak w przypadku płytek 8-calowych nie widać poprawy.  
Ponieważ nie nastąpiła poprawa zdolności produkcyjnych wafli 8-calowych, niektórzy producenci przechodzą z istniejących linii produkcyjnych 8-calowych wafli 180 nm i 350 nm na wafle 12-calowe. Ponadto wiele odlewni oferuje procesy 130 nm produkowane na waflach 12-calowych, dzięki czemu mogą one być wykorzystywane jako wtórne lub pierwotne źródła dostaw. Przyczynia się to do poprawy różnorodności geograficznej łańcucha dostaw. Charakterystyka technologii procesowej 180 nm i 130 nm
Chociaż procesy 180 nm i 130 nm przebiegają podobnie, występują między nimi również różnice. Głównym powodem jest różny spadek napięcia progowego tranzystora. Napięcie zasilania rdzenia wynosi od 1.8 V do 1.5 V, a nawet zaledwie 1.2 V. Ponadto dostępne są różne opcje technologiczne obsługujące napięcia 5 V/3.3 V wejściowo-wyjściowe, a charakterystyki tych procesów są bardzo podobne w przypadku komponentów pasywnych, które są niezwykle ważne w projektowaniu analogowym/RF.    

Tabela porównawcza głównych technologii węzłów stosowanych w układach ASIC sygnału mieszanego i innych produktach. (Zdjęcie ze strony: eetimes)

Technologia płytek 12-calowych ma szereg zalet. Ponieważ w technologiach starszej generacji można stosować miedź zamiast aluminium, dopuszczalna gęstość prądu jest wyższa, a rezystancja elektromigracji doskonała. Ponadto, liczba warstw metalu jest większa, a rozmiar tranzystora mniejszy. Zatem poprzez zwiększenie gęstości tranzystorów i okablowania, można zmniejszyć rozmiar układu scalonego i poprawić jego wydajność.  
Ponadto większość technologii procesowych 180 nm i większość technologii procesowych BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) 130 nm obsługuje funkcje takie jak izolacja STI (Shallow Trench Isolation). W porównaniu z izolacją LOCOS (Local Oxidation of Silicon) stosowaną w większości technologii 350 nm, możliwe jest uzyskanie większej gęstości, funkcji zabezpieczających przed zatrzaskiwaniem itp. Efektem jest poprawa wydajności i stabilności linii.  
Obecnie proces BCD 130 nm jest dość dojrzały i dlatego może być stosowany jako opcja w różnych technologiach przetwarzania, takich jak tranzystory wysokonapięciowe, półprzewodniki z pamięcią nieulotną, kondensatory MIM (metal-warstwa-metal izolujący), diody Zenera/diody Schottky'ego itp. Dzięki temu możliwe jest nie tylko zintegrowanie złożonych funkcji analogowych/RF z rozwiązaniami SoC, ale także uzyskanie innych korzyści. 8-calowe płytki mają również wiele zalet.
8-calowe wafle mają również wiele zalet. Na przykład, korzystniejszą cenę niż wafle 8-calowe produkowane w technologii 350 nanometrów.  
Powody są następujące: sprzęt produkcyjny został zamortyzowany, a proces produkcyjny jest stosunkowo prosty (mniej warstw). Ponadto, niektórych układów analogowych może nie udać się zminiaturyzować w nowym procesie, więc cena układu półprzewodnikowego o długości 130 nm może być wyższa niż 350 nm. Jednak gdy produkt nie może zostać wyprodukowany z powodu braku części, w większości przypadków występuje wyjątkowo poważna sytuacja, a nie tylko różnica w cenie układów półprzewodnikowych.  
Ponadto, na tym etapie uwaga skupia się na tym, że chociaż różne odlewnie przechodzą z 8 cali na 12 cali, żaden producent nie wydał jeszcze oświadczenia. Chociaż producenci specjalizujący się w układach ASIC dla sygnałów mieszanych intensywnie pracują, powinni najpierw zapoznać się ze schematem połączeń i kartą katalogową układu scalonego.  
Jeśli chodzi o inwestycje niezbędne do przeprojektowania układu ASIC, należy skoordynować inne produkty, aby uniknąć tych samych problemów, jakie wystąpiły w przypadku łańcucha dostaw 8-calowego.  
Proces technologiczny 130 nm jest mniejszy, co pozwala na integrację z rdzeniami z serii „Arm Cortex-M” bez zwiększania kosztów. Powierzchnia chipa wymagana dla procesorów niższej klasy to zaledwie kilka milimetrów kwadratowych, a integracja z pamięcią SRAM 64 kbit/128 kbit z wysoką wydajnością jest możliwa.  
Sądząc po dzisiejszej karcie katalogowej, od zaprojektowania układu ASIC, przez masową produkcję, aż do uzyskania certyfikacji, zajmuje to od 14 do 24 miesięcy (w zależności od stopnia skomplikowania). Początkowy prototyp krzemu powinien zostać ukończony w ciągu roku. W przypadku produktu motoryzacyjnego, od opracowania specyfikacji do procesu PPAP (procesu zatwierdzania części produkcyjnej) mija od 24 do 36 miesięcy (w zależności od stopnia skomplikowania). Ogólny budżet na układ ASIC 130 nm zaczyna się od 600 000 USD (w zależności od rzeczywistej złożoności i zawartości IP). W oparciu o AEC-Q100, koszt wynosi około 4 milionów USD. Obecnie koszt narzędzia Mask Tool dla procesu 130 nm (12-calowy wafel) wynosi mniej niż 200 000 USD, co stanowi niewielki odsetek całkowitych kosztów.  
Wiele urządzeń sygnału mieszanego jest produkowanych z 8-calowych płytek, których brakuje. Z powodu niewystarczających inwestycji w linie produkcyjne 8-calowych płytek (z powodu niskich stóp zwrotu z inwestycji), problemy z łańcuchem dostaw będą się utrzymywać w przyszłości.  
 

Ten niedobór podaży półprzewodników jest w pewnym sensie „ostrzeżeniem”. Firmy korzystające obecnie z 8-calowych płytek powinny najpierw rozważyć przyszłe zapotrzebowanie. Ponadto, niezależnie od tego, czy jest to główna baza produkcyjna, czy drugi dostawca (Second Source), należy zapewnić wystarczająco dużo czasu na zakończenie wszystkich procesów.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł pochodzi z publikacji „Semiconductor Industry Observation”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen