消费电子时代催生超级晶圆代工厂

在零售业的巨头纷纷建立大型超级市场之际,芯片产业也着眼于建立超大规模的代工厂,为这些超级卖场货架上的产品制造IC。

代工厂越大效益越好。

“消费类应用使用的半导体产品将IC制造商推向一个新高度,”台积电(TSMC)的运营副总裁刘德音在一个制造生产力研讨会上表示。

刘表示,设在台湾地区南部台南县的Fab 14超级晶圆代工厂就是这一新扩张运动的一部分,完全建成Fab 14的费用将超过100亿美元,但其生产的晶圆成本将比小规模代工厂低。

英特尔和三星电子分别设在美国新墨西哥州Albuquerque、爱尔兰和韩国的超级代工厂已投入运营,市场研究公司VLSI Research的CEO Dan Hutcheson表示。厂商可以先建起工厂厂房,然后逐步装备使其满足市场需求。例如,台积电的Fab 12始建于1999年,目前仍在以“类似手风琴”的方式扩充规模。

超级代工厂的优势是效益。在芯片成本上,大型代工厂比中等规模代工厂低10%,Hutcheson表示。这是因为软件成本将被更多地分摊、大批量设备的采购成本将更低、开发瓶颈也将更少。

台积电的刘德音给超级代工厂下的定义是晶圆月产能在8万到10万片之间,而中等规模代工厂的晶圆月产能在5万片左右。

在消费电子迎头赶上,与计算机和基于互联网的通信一道引领半导体产业发展之际,芯片制造商面对的是各种不同的考量。刘德音表示:“在消费电子领域,超高水准的设计没有市场,而高性能也不会得到市场多大的奖赏。这里有很强的价格弹性,但通常又没有主导标准。”另外,他还指出,代工厂常常面临消费类芯片在产量需求上的突变。

台南的这家有2万平米洁净生产车间的300mm代工厂正在分阶段建设。台积电正在规划三期工程,预计将晶圆产能提高2万片,使总产能达到每月10万片。但刘德音在国际半导体技术制造联盟(ISMI)组织召开的会议上表示,扩产计划取决于市场条件。台积电也将对设在新竹的Fab 12代工厂进行扩张,使其达到月产7万片的水平。因自动材料处理和计算机集成制造系统的成本将被更多的晶圆分摊,所以,代工厂越大效益越好,刘德音表示。

“因为超级代工厂所遇到的设备瓶颈更少,所以,它拥有更短的生产周期,”刘德音说, “在三年前,对300mm生产线来说,我们谈论的晶圆月产量是2.5万片。现在,我们制订了更高的产量计划,变得更大胆、更富进取精神。这源自于大客户的要求,他们希望我们更灵活。”

Nikon Precision公司的助理工程师Christopher Conley表示,小代工厂通常采用一种光刻工具,这些工具被调整得仅适用于专有工艺或特定掩膜层。若一台设备出故障,则整条生产线都将瘫痪。但在超级代工厂,可以调整生产线(如一台设备出故障),并重新安排工作进程以保持生产线运转。

VLSI Research的Hutcheson表示,如从一定数量的美元能产出多少平方英寸硅片的角度看,

代工厂的成本并没涨很多。“真正让许多人无法招架的是研发成本,”他说,“由于开发一套65纳米工艺要花费10多亿美元,所以催生了联合开发这样一种新商业模式。”

台积电的刘德音表示,半导体行业的年收入增长率已跌至10%,而以前的年复合增长率是15%。产品系统中半导体含量已经饱和,导致了价格压力的增加。

Hutcheson介绍,VLSI Research目前跟踪的设计比5年前要少很多,新设计和再设计(即对芯片进行修改和升级)的数量都在减少。在2000年,VLSI Research记录了33,039项设计,2005年则骤减为18,083项。Hutcheson认为,在未来5年内,设计项目将会以每年8%的速率递减。

“设计成本大幅增加。过去,一家公司可能为一种产品设计一种ASIC,但现在不可能了。另外,在消费电子领域,出现成功产品的几率非常低,”他说。

“增长的主要制约来自设计生产率,”Hutcheson在一次访谈中表示,“所有可制造性设计(DFM)步骤不得不全部自动完成。设计师需要学习使用DFM工具的想法是完全荒唐的,因为你需要让你的设计人员专注电路设计,而不是光学近似校正(OPC)及其它诸如此类与DFM相关的工作。”

某些公司懂得如何进行65纳米设计,并将缺陷密度维持在一个前所未有的低水平,他说。其它资源短缺的公司则远远落在后面,特别是当300mm晶圆代工厂变得如此昂贵之际。

“就芯片制造来说,普通厂商与领先厂商在产能方面存在巨大差距,”Hutcheson表示。

作者:来大伟