Nói một cách thận trọng, tình hình chuỗi cung ứng hiện tại đối với các tấm wafer 8 inch (200mm) khá nghiêm trọng!

Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề mới. TrendForce, một công ty nghiên cứu thị trường tại Đài Loan, đã đưa ra thông cáo báo chí vào tháng 11 năm 2020 cho biết: "Về năng lực sản xuất tấm wafer 8 inch, đã có vấn đề thiếu hụt nguồn cung nghiêm trọng kể từ nửa cuối năm 2019."

Thêm vào đó, để mọi việc thêm tồi tệ, một vụ hỏa hoạn đã xảy ra tại nhà máy Renesas Electronics Naka vào tháng 3 năm 2021. Vấn đề càng trở nên nghiêm trọng hơn bởi thực tế là nhà máy của Renesas tại đây cung cấp linh kiện cho rất nhiều mẫu sản phẩm.

Dựa trên bối cảnh nêu trên, nhiều yếu tố "liên kết" với nhau. Tuy nhiên, không cần phải nói, nguyên nhân lớn nhất chính là COVID-19. Do đại dịch COVID-19, nhu cầu đối với các sản phẩm điện tử khác nhau như tai nghe, máy tính, TV, màn hình và điện thoại di động đã tăng vọt.

Mặc dù ô tô cũng thuộc các loại hình trên, nhưng người ta vẫn hy vọng thị trường ô tô sẽ phục hồi sau ảnh hưởng của đại dịch COVID-19 năm 2021. Hiện nay, nhiều sản phẩm đang hướng đến mô hình SoC (System on Chip) tích hợp nhiều chức năng vào một thiết bị duy nhất. Do đó, nhiều sản phẩm cần được trang bị nhiều IC tín hiệu hỗn hợp số-tương tự (Mixed Signal Chip). Các ứng dụng chính của các sản phẩm trên bao gồm: PMIC (Power Management IC), cảm biến hình ảnh CMOS, cảm biến vân tay, điều khiển động cơ/khung gầm ô tô, IC điều khiển màn hình, chip truyền thông không dây dưới GigaHz, v.v. Trong điều kiện bình thường, các sản phẩm trên phù hợp với quy trình 180nm và 350nm và được sản xuất trên wafer 8 inch.

Tức là, nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm được sử dụng trong loại chip tín hiệu hỗn hợp (Mixed Signal Chip) và chất bán dẫn công suất này đã dẫn đến tình trạng thiếu hụt năng lực sản xuất tấm wafer 8 inch.

Do bị ảnh hưởng bởi sự hạn chế nguồn cung cấp tấm wafer 8 inch, các nhà máy sản xuất chip có thể sẽ mở rộng năng lực sản xuất. Họ có thể mua lại thiết bị sản xuất wafer 8 inch và dây chuyền sản xuất của các nhà sản xuất tích hợp theo chiều dọc (IDM: Integrated Device Manufacturer). Ví dụ có thể kể đến như sau: Các báo cáo gần đây cho thấy UMC tại Đài Loan đang thảo luận về việc mua lại dây chuyền sản xuất 8 inch của Japan Semiconductor (trước đây là công ty sản xuất chất bán dẫn của Toshiba).

Không có thông tin từ nhà sản xuất.
Như báo cáo của Trend Force đã chỉ ra, lý do dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn cung chất bán dẫn nghiêm trọng bắt đầu từ nửa cuối năm 2019 là do hầu như không nhà sản xuất nào có thể sản xuất thiết bị sản xuất tấm wafer 8 inch, ngay cả hiện nay, do đó giá thiết bị sản xuất chất bán dẫn tiếp tục tăng.    

TSMC sử dụng quy trình sản xuất tấm wafer 8 inch và 12 inch. (Ảnh: eetimes)Ngoài ra, giá thành của tấm wafer 8 inch thấp hơn nhiều so với tấm wafer 12 inch. Do đó, các nhà máy sản xuất chip thường cho rằng việc mở rộng năng lực sản xuất wafer 8 inch sẽ kém hiệu quả về mặt chi phí. Kết quả là, một loạt các phản ứng dây chuyền đã xảy ra. Ví dụ, một số nhà máy đã tăng giá wafer 8 inch đối với khách hàng.  
Nói cách khác, đối với tình hình tấm wafer 8 inch, nên nói rằng đó là do "nguồn cung từ nhà sản xuất không đủ" chứ không phải là "sự hỗn loạn trong chuỗi cung ứng". Một phần wafer 12 inch thì "bị chuyển hướng".
Đối với các nhà máy sản xuất wafer 12 inch (300mm), nhiều công ty, tiêu biểu là TSMC và GLOBALFOUNDRIES, đang tích cực đầu tư để mở rộng năng lực sản xuất. Tuy nhiên, không thấy có sự cải thiện nào đối với wafer 8 inch.  
Do năng lực sản xuất wafer 8 inch không được cải thiện, một số nhà sản xuất đang chuyển từ các dây chuyền sản xuất wafer 8 inch 180nm và 350nm hiện có sang wafer 12 inch. Ngoài ra, nhiều xưởng đúc có thể cung cấp quy trình 130nm được sản xuất trên wafer 12 inch, do đó chúng có thể được sử dụng làm nguồn cung cấp thứ cấp hoặc chính. Vì vậy, điều này giúp cải thiện sự đa dạng về mặt địa lý của chuỗi cung ứng. Đặc điểm của công nghệ xử lý 180nm và 130nm
Mặc dù quy trình 180nm và 130nm có những điểm tương đồng, nhưng chúng cũng có những điểm khác biệt. Lý do chính là điện áp ngưỡng của transistor giảm ở các mức độ khác nhau. Điện áp nguồn lõi là từ 1.8V đến 1.5V, hoặc thấp tới 1.2V. Ngoài ra, còn có nhiều tùy chọn công nghệ xử lý khác nhau để hỗ trợ điện áp IO 5V/3.3V, và các đặc điểm xử lý này rất giống nhau đối với các linh kiện thụ động cực kỳ quan trọng trong thiết kế analog/RF.    

Bảng so sánh các công nghệ nút chính được sử dụng trong ASIC tín hiệu hỗn hợp và các sản phẩm khác. (Nguồn ảnh: eetimes)

Công nghệ wafer 12 inch có một số ưu điểm. Vì có thể sử dụng đồng thay cho nhôm trong các công nghệ thế hệ cũ, nên mật độ dòng điện cho phép cũng cao hơn và khả năng chống hiện tượng dịch chuyển điện tử cũng rất tốt. Ngoài ra, có nhiều lớp kim loại hơn và kích thước transistor nhỏ hơn. Do đó, bằng cách tăng mật độ transistor và mật độ dây dẫn, kích thước chip có thể được giảm và hiệu năng được cải thiện.  
Ngoài ra, hầu hết các công nghệ xử lý 180nm và hầu hết các công nghệ xử lý BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) 130nm đều có thể hỗ trợ các chức năng như STI (Shallow Trench Isolation). Do đó, so với lớp cách điện LOCOS (Local Oxidation of Silicon) được sử dụng trong hầu hết các công nghệ 350nm, mật độ cao hơn, chức năng bảo vệ chống chốt mạch, v.v. có thể đạt được. Vì vậy, hiệu quả cải thiện hiệu suất và độ ổn định của đường truyền được đạt được.  
Hiện nay, quy trình BCD 130nm đã khá hoàn thiện và do đó có thể được sử dụng như một lựa chọn cho nhiều công nghệ chế tạo khác nhau. Ví dụ như các loại transistor cao áp khác nhau, chất bán dẫn lưu trữ không bay hơi, tụ điện MIM (kim loại-màng cách điện-kim loại), điốt Zener/điốt Schottky, v.v. Do đó, không chỉ có thể tích hợp các chức năng analog/RF phức tạp vào các giải pháp SoC mà còn mang lại nhiều lợi ích khác. Tấm wafer 8 inch cũng có nhiều ưu điểm.
Các tấm wafer 8 inch cũng có nhiều ưu điểm. Ví dụ, lợi thế về giá của các tấm wafer 8 inch được sản xuất ở độ phân giải 350 nanomet.  
Nguyên nhân như sau: thiết bị sản xuất đã bị khấu hao và quy trình sản xuất tương đối đơn giản (ít lớp hơn). Ngoài ra, một số mạch tương tự có thể không thu nhỏ thành công trong quy trình mới, do đó giá thành của một chip bán dẫn cùng cấp độ 130 nm có thể cao hơn so với 350 nm. Tuy nhiên, khi sản phẩm không thể sản xuất do thiếu linh kiện, trong hầu hết các trường hợp sẽ xảy ra tình huống cực kỳ nghiêm trọng, chứ không chỉ đơn thuần là sự khác biệt về chi phí của chip bán dẫn.  
Ngoài ra, điều mọi người đang tập trung vào ở giai đoạn này là mặc dù nhiều xưởng đúc đang chuyển từ kích thước 8 inch sang 12 inch, nhưng chưa có nhà sản xuất nào đưa ra tuyên bố chính thức. Mặc dù các nhà sản xuất có chuyên môn về ASIC tín hiệu hỗn hợp đang nỗ lực hết sức, nhưng trước tiên họ nên bắt đầu với các cổng trong sơ đồ mạch và bảng dữ liệu của IC.  
Về mặt đầu tư cần thiết để thiết kế lại chip ASIC, cần phối hợp với các sản phẩm khác để tránh gặp phải những vấn đề tương tự như chuỗi cung ứng chip 8 inch.  
Kích thước chip 130nm nhỏ hơn, do đó có thể tích hợp với các lõi dòng "Arm Cortex-M" mà không làm tăng chi phí. Diện tích chip cần thiết cho CPU cấp thấp chỉ vài milimét vuông, và có thể tích hợp với SRAM 64kbit/128kbit với hiệu suất cao.  
Theo bảng dữ liệu hiện tại, quy trình từ thiết kế ASIC, sản xuất hàng loạt và lấy chứng nhận mất từ ​​14 đến 24 tháng (tùy thuộc vào độ phức tạp). Mẫu thử nghiệm silicon ban đầu cần được hoàn thành trong vòng một năm. Nếu là sản phẩm ô tô, thời gian từ khi lập thông số kỹ thuật đến PPAP (quy trình phê duyệt linh kiện sản xuất) sẽ mất khoảng 24 đến 36 tháng (tùy thuộc vào độ phức tạp). Ngân sách chung cho một ASIC 130nm bắt đầu từ 600,000 USD (tùy thuộc vào độ phức tạp thực tế và nội dung IP). Nếu dựa trên tiêu chuẩn AEC-Q100, chi phí vào khoảng 4 triệu USD. Hiện nay, chi phí của công cụ tạo mặt nạ (Mask Tool) cho quy trình 130nm (wafer 12 inch) là dưới 200,000 USD, chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng chi phí.  
Nhiều thiết bị tín hiệu hỗn hợp được sản xuất từ ​​các tấm wafer 8 inch, loại wafer hiện đang khan hiếm. Do đầu tư không đủ vào các dây chuyền sản xuất wafer 8 inch (do lợi nhuận đầu tư thấp), các vấn đề về chuỗi cung ứng sẽ tiếp tục tồn tại trong tương lai.  
 

Tình trạng thiếu hụt nguồn cung chất bán dẫn này phần nào là một "lời cảnh báo". Các công ty hiện đang sử dụng tấm wafer 8 inch nên xem xét nhu cầu trong tương lai trước tiên. Ngoài ra, dù là cơ sở sản xuất chính hay nhà cung cấp thứ hai (Second Source), cần phải đảm bảo đủ thời gian trước khi tất cả các quy trình được hoàn tất.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Quan sát ngành công nghiệp bán dẫn". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả và không đại diện cho quan điểm của Sacco Micro hay ngành công nghiệp. Bài viết chỉ được phép in lại và chia sẻ để hỗ trợ bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả khi in lại. Nếu có bất kỳ sự vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến