作者：Bryon Moyer

　　在半導(dǎo)體領(lǐng)域，大批量產(chǎn)品備受關(guān)注，但現(xiàn)實(shí)情況是大多數(shù)芯片并不屬于這一類(lèi)。由此，少數(shù)巨型晶圓廠和離岸組裝與測(cè)試廠（OSAT）加工大量芯片，小型晶圓廠和封裝生產(chǎn)線則為低產(chǎn)量、專(zhuān)業(yè)技術(shù)和原型設(shè)計(jì)服務(wù)。

　　“有些公司每季度只生產(chǎn)一批25片晶圓的利基（niche）產(chǎn)品，”SEMI晶圓廠主聯(lián)盟和微機(jī)電系統(tǒng)與傳感器行業(yè)集團(tuán)執(zhí)行董事Tim Brosnihan表示，“這些產(chǎn)品仍然有很好的市場(chǎng)，因?yàn)槔投ㄖ撇考睦麧?rùn)率更高。”

　　如今，絕大多數(shù)芯片都采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）邏輯和傳統(tǒng)封裝技術(shù)來(lái)生產(chǎn)，但仍有許多行業(yè)需要的是大型代工廠和OSAT可能不愿提供的服務(wù)。這些服務(wù)通常針對(duì)專(zhuān)門(mén)的高利潤(rùn)產(chǎn)品，其中一些（但不是全部）需要特殊加工。市場(chǎng)對(duì)此類(lèi)服務(wù)需求的強(qiáng)勁，使得小型制造商仍有生存空間。

　　并非人人都需要大批量生產(chǎn)

　　微處理器、圖形處理器（GPU）、智能手機(jī)應(yīng)用處理器和存儲(chǔ)器以數(shù)以?xún)|計(jì)的單位發(fā)送到世界各地。幾乎所有的目光都聚焦在它們身上，因?yàn)樗鼈冋剂顺鲐浟康慕^大部分。但同時(shí)它們只占工程活動(dòng)的一小部分，其它各種芯片的開(kāi)發(fā)出貨量都不大。這一點(diǎn)在軍事和航空航天（mil/aero）系統(tǒng)中非常明顯，因?yàn)檫@些系統(tǒng)消耗的芯片數(shù)量較少。

　　Brosnihan指出，“國(guó)防工業(yè)使用大量的特種半導(dǎo)體，而且產(chǎn)量很小。軍事/航空領(lǐng)域的特殊性在于，它通過(guò)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）推動(dòng)了許多長(zhǎng)期的、有時(shí)甚至是領(lǐng)先的技術(shù)路線圖，但這一領(lǐng)域在采用技術(shù)方面仍然比較保守，以確?？煽啃院涂捎眯?。”

　　“許多其他技術(shù)的出貨量也較低。”JST首席執(zhí)行官Ryan Zrno表示，“光電子和化合物半導(dǎo)體制造商不必像我們其他一些大公司那樣大批量生產(chǎn)。”

　　雖然健身追蹤器等可穿戴設(shè)備需要足夠可靠，但那些需要獲得美國(guó)食品及藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)，能夠真正聲稱(chēng)進(jìn)行精確診斷或治療疾病的產(chǎn)品，其出貨量要小得多。關(guān)鍵是成品要有足夠的利潤(rùn)空間，而包裝過(guò)程往往是創(chuàng)造價(jià)值的要素。

　　Promex Industries首席運(yùn)營(yíng)官Dave Fromm也表示：“在有些行業(yè)，實(shí)際設(shè)備本身的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BOM（物料清單）。如果我在制造一種植入式醫(yī)療設(shè)備，我可能會(huì)在里面裝上價(jià)值10美分的元件。但該設(shè)備的內(nèi)在價(jià)值很高，因?yàn)樗枰ぷ鳎倚枰邆淇煽啃?，以確保它在任何時(shí)候都能按照你的要求完成它應(yīng)該做的事情。”

　　“大多數(shù)傳感器的銷(xiāo)量并不高，但也有一些明顯的例外。”Brosnihan解釋道：“手機(jī)中的麥克風(fēng)年銷(xiāo)量高達(dá)10億個(gè)。但還有很多傳感器的產(chǎn)量要小得多，慣性測(cè)量單元（IMU）是加速度計(jì)和陀螺儀的組合，也被廣泛應(yīng)用于手機(jī)中，其余的慣性測(cè)量單元往往用于工業(yè)機(jī)器等更專(zhuān)業(yè)的設(shè)備。”

　　例如，導(dǎo)航級(jí)的IMU比消費(fèi)級(jí)的要貴得多，但其精度也足以實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航，而不僅僅是近似導(dǎo)航。Brosnihan認(rèn)為，導(dǎo)航級(jí)IMU的產(chǎn)量肯定要低得多，而且要在較小的晶圓廠中生產(chǎn)。

　　其他小批量技術(shù)包括光電子技術(shù)和電力電子技術(shù)。然而令人驚訝的是，大學(xué)和研發(fā)實(shí)驗(yàn)室這個(gè)市場(chǎng)的小批量硅產(chǎn)品并不多。雖然設(shè)備制造商可能會(huì)向他們出售一些小批量設(shè)備，但數(shù)量微乎其微。

　　產(chǎn)量和組合

　　大批量生產(chǎn)往往能獲得更先進(jìn)的硅處理技術(shù)。雖然這影響到可用設(shè)備和加工工藝的種類(lèi)，但還有一個(gè)基本的控制參數(shù)--晶圓尺寸。主流大批量市場(chǎng)的大多數(shù)設(shè)備都在300mm晶圓上制造芯片。這樣做的好處是單個(gè)晶圓可生產(chǎn)大量芯片，從而減少了相同產(chǎn)量所需的晶圓數(shù)量和加工批次。

　　不過(guò)，對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種晶圓可能會(huì)過(guò)剩。300mm晶圓的面積是200毫米晶圓的兩倍多，如果能穩(wěn)定地生產(chǎn)較小的晶圓，而不是按部就班地生產(chǎn)大晶圓，生產(chǎn)計(jì)劃會(huì)更容易制定。但是，大多數(shù)生產(chǎn)學(xué)習(xí)都是在300mm晶圓的大批量生產(chǎn)中獲得的，因此這些學(xué)習(xí)現(xiàn)在也在200mm晶圓上受益。許多應(yīng)用于300mm設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)都被移植到了200mm設(shè)備上。

　　在考慮產(chǎn)品組合時(shí)，“銷(xiāo)量”也會(huì)有細(xì)微差別。Brosnihan強(qiáng)調(diào)，特別是德州儀器公司，其產(chǎn)品組合非常豐富，加在一起的產(chǎn)量非常高，但任何特定放大器的產(chǎn)量都可能較低。只要這些芯片大多采用類(lèi)似的處理工藝，就能以具有成本效益的方式制造出來(lái)。

　　一些公司，如模擬器件公司，愿意在自己的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線和商業(yè)代工廠之間分工生產(chǎn)。當(dāng)設(shè)備涉及主流技術(shù)時(shí)，公司則將其外包。Brosnihan說(shuō)道：“如果你看看以小批量、高混合著稱(chēng)的Analog Devices，他們現(xiàn)在很大一部分業(yè)務(wù)都外包給了臺(tái)積電等代工廠，將更多的專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品留在公司內(nèi)部。”

　　這為模擬器件公司提供了更大的靈活性，使其能夠生產(chǎn)主流部件，從而避免了建立晶圓廠并保持滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)的需要。

　　大批量芯片制造商可能仍會(huì)有選擇地執(zhí)行一些低產(chǎn)量項(xiàng)目。Brosniha認(rèn)為，“我相信臺(tái)積電可能會(huì)以每月100片晶圓的速度生產(chǎn)一些產(chǎn)品。我不會(huì)說(shuō)他們對(duì)任何100片晶圓的機(jī)會(huì)都有興趣，但他們會(huì)挑選那些可能在幾年內(nèi)就能提升到每月數(shù)千片晶圓產(chǎn)量的項(xiàng)目。”

　　作為小批量原型

　　與硅片加工相比，封裝技術(shù)正在經(jīng)歷更多的新配置。越來(lái)越多的專(zhuān)用設(shè)備將多個(gè)芯片以及機(jī)械和光學(xué)元件共同封裝在一起。與硅芯片相比，此類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)往往更加個(gè)性化。在這些項(xiàng)目中改進(jìn)的一些工藝可能會(huì)在未來(lái)的大批量生產(chǎn)中發(fā)揮作用，而另一些工藝則可能是針對(duì)特定項(xiàng)目的。Promex的Fromm認(rèn)為，“我們的大部分收入都來(lái)自生產(chǎn)。但是，如果你看一下正在進(jìn)行的活動(dòng)的數(shù)量，大部分涉及開(kāi)發(fā)新工藝。”

　　顧名思義，原型階段先于生產(chǎn)階段，因此產(chǎn)量并不能反映產(chǎn)品最終的出貨情況。對(duì)于包裝來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)生產(chǎn)線可以開(kāi)發(fā)和完善工藝，如果產(chǎn)品最終的出貨量超過(guò)了小型生產(chǎn)線的承受能力，這些工藝就可以轉(zhuǎn)移到大批量的OSAT上。

　　“這些生產(chǎn)線必須能夠進(jìn)行多種工藝。”Fromm表示，“我們將異質(zhì)集成定義為在封裝內(nèi)結(jié)合電子和非電子部件。這包括‘機(jī)械鋸切和研磨這些器件，使它們變得非常薄。’”他說(shuō)道，“我們可以切割和研磨硅以外的其他材料，光學(xué)濾波器可以用石英、玻璃或藍(lán)寶石制成，還可以切割陶瓷材料等，可以將所有基板切割成內(nèi)插尺寸。在連接方面，我們有很多焊接或粘合劑連接方法，可以連接小部件，進(jìn)行機(jī)械、電氣或熱連接，或兩者的組合。我們還有保護(hù)這些東西的封裝方法。”

　　在大多數(shù)情況下，硅研發(fā)并不遵循“在這里制作原型，在那里進(jìn)行生產(chǎn)”的模式。SEMI營(yíng)銷(xiāo)傳播總監(jiān)SamerBahou說(shuō)：“[晶圓代工廠]擁有一條研發(fā)線是很常見(jiàn)的，目的是將尖端技術(shù)迅速提供給本地客戶(hù)進(jìn)行鑒定，并確保它們能夠滿(mǎn)足那些頂級(jí)客戶(hù)的需求。”

　　Brosnihan表示同意：“我最近對(duì)工廠業(yè)主進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，以了解有多少人在生產(chǎn)線上進(jìn)行研發(fā)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎所有人都在做。”

　　不過(guò)，鑄造廠傾向于將這些生產(chǎn)線限制在某些特定的新步驟上進(jìn)行評(píng)估。這樣，他們就可以在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線上完成其余的處理過(guò)程。原因是任何設(shè)備的改變都需要對(duì)芯片進(jìn)行重新鑒定。一旦小批量生產(chǎn)合格，就必須使用完全相同的設(shè)備直接進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

　　“將研發(fā)與生產(chǎn)混在一起，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)老問(wèn)題，即生產(chǎn)經(jīng)理不情愿地將時(shí)間讓給工程經(jīng)理。”在Brosnihan看來(lái)，現(xiàn)在有了更好的系統(tǒng)，可以確定在晶圓廠中有多少批次分配給工程和研發(fā)部門(mén)，以及他們的優(yōu)先級(jí)是什么。通常情況下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)只負(fù)責(zé)一個(gè)熱門(mén)批次。其他一切都按照標(biāo)準(zhǔn)排隊(duì)時(shí)間進(jìn)行。

　　硅芯片原型通常采用多項(xiàng)目晶圓（MPW），允許多家公司共享晶圓。不過(guò)，這只適用于芯片和IP原型。它們不適合小批量生產(chǎn)，因?yàn)檎{(diào)度和混合問(wèn)題將無(wú)法控制。如果一家公司的芯片產(chǎn)量增長(zhǎng)速度快于另一家公司，那么后者就會(huì)因?yàn)榍罢咚璧木A而導(dǎo)致庫(kù)存大量增加。

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