多家大厂接连停产，半导体“最后一里路”面临“瘫痪”？

“6月4日，中国台湾半导体封测龙头企业京元电子发布公告称，因为疫情影响，公司开始全面停产48小时。”

而事实上台湾疫情急剧恶化，停产48小时的确是“天真”了！

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半导体“最后一里路”

台媒称，京元电子从事的业务是半导体行业的 “最后一里路” ，其客户几乎都是全球重量级的芯片大厂。

半导体制程就是由 设计、制造及测试、封装 等几个步骤组成。

芯片封测 位于产业链下游，顾名思义， 半导体封测主要包括封装和测试 ，其中封装是指将通过测试的晶圆加工得到独立芯片的过程，测试是检测不良芯片，包括封装前的晶圆测试和成品测试。

所以半导体行业的“最后一里路”也就是指芯片的封装测试环节。

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据调查，京元电子目前身为全球市占率3.7%的第8大封测厂，主要客户是联发科、英特尔。发生疫情后，该公司预估影响其6月营收及产能达30-35%。

联发科表示，京元电在疫情爆发后的停工计划对6月营收将会有部分影响。

但大型芯片设计公司通常有较多的测试合作厂商，完全可以将同产品改到其他合作厂测试。

所以台媒称 京元电子染疫对现阶段全球半导体产业的影响轻微， 对于京元电子相关供应链，包含大客户联发科、英特尔的影响不大。因为后者会寻找其他封测供货商以分散风险。

那么疫情引发的再一次“芯片荒”，当真没有对半导体供应链产生任何影响吗？显然不是。

多家大厂停产，全球缺芯愈演愈烈

显然受疫情影响的并不仅仅是京元电子，在京元电子之后，又爆出 超丰电子 也有外劳染疫。

台湾半导体产业陷入僵局，而另一边作为 “半导体封测重镇” 的马来西亚，其半导体企业进入停工、停产状态。

然而马来西亚由于疫情加重，只能实施全国范围的“封锁”，其半导体工厂也被要求保留在生产线的员工不能超过20%，以保证最基本产能。

但有市场人士表示，现在马来西亚目前的封测产能几乎为0。

目前半导体行业已经极为脆弱，行业新一轮涨价、“缺芯”潮的情绪也日渐浓重。

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“中国芯”崛起

在世界饱受疫情影响的情况下，唯有中国凭借强悍的治理能力和应对能力，保证了国内生产制造的稳定，让其供应链不会因为疫情遭受太多影响。

今年以来，国产芯片厂商的订单都非常充裕，许多国产半导体设备公司的订单也爆满，产品交货期普遍延长。

有业内人士表示称，部分海外半导体制造及设备厂商无法正常生产， 促使晶圆厂、封装厂加大在国内的采购。

虽说全球芯片产业链转移的难度极大，但目前已经出现明显的转移趋势。

近日，中国 科技 大学郭光灿院士团队也传来好消息： 中国光量子芯片取得重大技术突破 ！

随着国内半导体制造的规模与建厂加速，我国的半导体产业有望迎来发展浪潮！

在今天的半导体制造业中，计算机中央处理器无疑是受关注程度最高的领域，而这个领域中众所周知的两大巨头，其所遵循的处理器架构均为x86，而另外一家号称信息产业的蓝色巨人的IBM，也拥有强大的处理器设计与制造能力，它们最先发明了应变硅技术，并在90纳米的处理器制造工艺上走在最前列。

在今天的文章中，我们将一步一步的为您讲述中央处理器从一堆沙子到一个功能强大的集成电路芯片的全过程。制造芯片的基本原料

如果问及芯片的原料是什么，大家都会轻而易举的给出答案—是硅。这是不假，但硅又来自哪里呢？其实就是那些最不起眼的沙子。难以想象吧，价格昂贵，结构复杂，功能强大，充满着神秘感的芯片竟然来自那根本一文不值的沙子。当然这中间必然要经历一个复杂的制造过程才行。不过不是随便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑细选，从中提取出最最纯净的硅原料才行。试想一下，如果用那最最廉价而又储量充足的原料做成芯片，那么成品的质量会怎样，你还能用上像现在这样高性能的处理器吗？

除去硅之外，制造芯片还需要一种重要的材料就是金属。目前为止，铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料，而铜则逐渐被淘汰，这是有一些原因的，在目前的芯片工作电压下，铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题，就是指当大量电子流过一段导体时，导体物质原子受电子撞击而离开原有位置，留下空位，空位过多则会导致导体连线断开，而离开原位的原子停留在其它位置，会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能，进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS(北木暴毕综合症)的原因，当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成，大幅提高芯片电压时，严重的电迁移问题导致了芯片的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历，它显然需要一些改进。不过另一方面讲，应用铜互连技术可以减小芯片面积，同时由于铜导体的电阻更低，其上电流通过的速度也更快。

除了这两样主要的材料之外，在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料，它们起着不同的作用，这里不再赘述。芯片制造的准备阶段在必备原材料的采集工作完毕之后，这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料，硅的处理工作至关重要。首先，硅原料要进行化学提纯，这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要，还必须将其整形，这一步是通过溶化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。

而后，将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过，许多固体内部原子是晶体结构，硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求，整块硅原料必须高度纯净，及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出，此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看，硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的，不过只要企业肯投入大批资金来研究，还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元，新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高，功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍芯片的制造过程。

单晶硅锭在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后，下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑，之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要，它直接决定了成品芯片的质量。

单晶硅锭新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料，而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙，彼此之间发生原子力的作用，从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下，切片被掺入化学物质而形成P型衬底，在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计，这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下，必须尽量限制pMOS型晶体管的出现，因为在制造过程的后期，需要将N型材料植入P型衬底当中，而这一过程会导致pMOS管的形成。

在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。

光刻蚀这是目前的芯片制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，为什么这么说呢？光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕，由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量，而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话，可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比，甚至还要复杂，试想一下，把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上，那么这个芯片的结构有多么复杂，可想而知了吧。

当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

掺杂在残留的感光层物质被去除之后，剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后，另一个二氧化硅层制作完成。然后，加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体)，多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀，所需的全部门电路就已经基本成型了。然后，要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击，此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接，没个晶体管都有输入端和输出端，两端之间被称作端口。

重复这一过程

从这一步起，你将持续添加层级，加入一个二氧化硅层，然后光刻一次。重复这些步骤，然后就出现了一个多层立体架构，这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接，而Athlon64使用了9层，所使用的层数取决于最初的版图设计，并不直接代表着最终产品的性能差异。

接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试，包括检测晶圆的电学特性，看是否有逻辑错误，如果有，是在哪一层出现的等等。而后，晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。

而后，整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中，那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装，这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后，还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品，一些芯片的运行频率相对较高，于是打上高频率产品的名称和编号，而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造，打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的芯片瘫痪)，那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量，降低了性能，当然也就降低了产品的售价，这就是Celeron和Sempron的由来。在芯片的包装过程完成之后，许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏，且产品完全遵照规格所述，没有偏差。

汽车芯片替代尚需时日

全球绝大多数芯片都在亚洲生产，欧洲仅占全球半导体产量的一小部分，包括台积电和英特尔在内，芯片巨头都计划在未来几年建立新工厂以提高产量。Kroeger预计芯片短缺的局面将延续到2022年，并希望需求保持稳定。

汽车芯片替代尚需时日1

全球最大的汽车零部件供应商博世集团表示，随着全球芯片短缺加剧，汽车行业的半导体供应链已经崩溃。

博世董事会成员Harald Kroeger周一接受采访时称，由于多个行业对芯片的需求激增，供应链在过去一年中已经崩溃。受芯片短缺影响，大众、宝马和奥迪等汽车制造商都削减了产量，Kroeger认为，这些车企和半导体供应商应考虑如何改善芯片供应链。

Kroeger表示，考虑到有些半导体需要半年时间才能生产出来，供应链的某些环节应该增加库存。Kroeger还补充称，半导体供应链问题在过去都是由汽车行业悄悄处理，但现在是时候改变了。

博世斥资10亿欧元在德国萨克森州首府德累斯顿建造了一座半导体工厂，并于上月开始投产。Kroeger称：“事实上，我们几年前就开始建设这个工厂，这表明我们预料到了需要将大幅上升。”

值得一提的是，包括台积电和英特尔在内，芯片巨头都计划在未来几年建立新工厂以提高产量。Kroeger预计芯片短缺的局面将延续到2022年，并希望需求保持稳定。

德国总统施泰因迈尔表示，国际市场供应紧张之际，博世选择在德累斯顿投资是正确的，眼下正值半导体行业的关键时刻，目前的形势将推动德国和欧洲发展半导体产业。

全球绝大多数芯片都在亚洲生产，欧洲仅占全球半导体产量的一小部分，科技网络公司Silicon Saxony董事长Frank Bosenberg称，欧洲目前的需求占据半导体市场总量的20%，但产量却不到10%。

Bosenberg认为欧洲应该增加本土半导体产量，但他也表示，这是一个全球性的产业，没有国家能实现完全自主。

汽车芯片替代尚需时日2

近期，有着汽车芯片封装测试“重镇”之称的马来西亚，遭遇了新冠疫情的再度冲击。据最新统计显示，8月23日，马来西亚新增确诊病例1.77万，虽然较前几日已有所回落，但仍处于危急状态。

在疫情影响下，马来西亚芯片企业基本处于“瘫痪”状态，被迫停工停产，而这也进一步加剧了全球汽车产业的“芯片荒”。

公开信息显示，马来西亚是全球半导体产品第七大出口国，目前有超过50家半导体厂在当地设厂，当地封测产能约占全球封测产能的13%。马来西亚疫情的反复，导致丰田、大众、福特、通用等多家汽车巨头于近期宣布减产。

有车企内部人士告诉证券时报记者，汽车芯片供应链上游的压力已持续传导至中国汽车产业，马来西亚疫情造成芯片进一步短缺，是值得行业警惕的。希望政府部门和行业机构系统评估这波疫情对于中国汽车产业造成的影响，通过顶层设计的调节和沟通，保障中国汽车企业对芯片的需求。

多家车企宣布减产

“某半导体芯片供应商的马来西亚Muar工厂因新的疫情，继数周前关停后，再度被要求关闭生产线。博世ESP/IPB、VCU、TCU等芯片将受到直接影响，预计8月后期基本处于断供状态。”日前，博世（中国）投资有限公司执行副总裁徐大全的一条朋友圈，引发了业内热议，直指马来西亚疫情对汽车芯片供应链造成的重创。

公开资料显示，马来西亚是全球半导体产品的封装测试重镇，英特尔、英飞凌、意法半导体、恩智浦、德州仪器、安森美等国际半导体巨头均在当地建厂，当地封测产能约占全球封测产能的13%。

据了解，芯片封装是芯片生产流程的一部分，具体指将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封，再通过加装“外壳”为芯片提供物理保护并让芯片电路与外部器件实现电气连接。

据业内人士透露，虽然芯片封装业务的技术含量并不高，但由于芯片生产流程较为复杂，各个企业的分工已经非常细化，使得人力成本相对较低的马来西亚在芯片封装领域优势较为突出，市占率也很高。

除此以外，意法半导体等公司所生产的芯片对汽车零部件产业而言，也是至关重要的。证券时报记者从一位业内人士了解到，意法半导体的L9369-TR芯片物料，以其为核心的汽车零部件在中国主机厂的整体需求覆盖率达到7.5% ，它的短缺将造成8月中国近90万辆整车生产受影响。

上述人士表示，马来西亚疫情的影响应该引起国内汽车产业的重视，避免缺芯危机被低估。日前，吉利汽车在2021年半年报业绩发布会上，也就芯片短缺的问题向投资者进行了回复。吉利汽车集团CEO淦家阅表示，8月份汽车芯片供需情况会很艰难，很多不确定性因素的影响目前还难以评估。

对此，记者联系到了行业机构的内部人士，对方表示，目前汽车芯片短缺的最新情况尚不明朗，不方便接受采访。

尽管行业层面的调研并未露出，但已有多家汽车巨头于近期宣布了减产计划。8月19日，通用汽车宣布，受全球芯片短缺影响，该公司将延长多座负责生产跨界车和轿车工厂的停工时间。此外，该公司还计划让负责生产雪佛兰Bolt EV和Bolt EUV的工厂停产。值得关注的'是，这是芯片危机爆发以来，通用首次暂停生产电动汽车。

一直强调精益生产的丰田汽车，也在近期宣布将在9月份将其全球产量削减40%。由于芯片短缺，其在日本的几乎所有工厂都将受到影响，27条生产线中断。全球业务的生产也将受到影响，北美和中国的工厂都将比预期指定交付少8万辆的汽车，欧洲的产量将比最初计划减少4万辆。

除此以外，福特、大众、现代等车企也在不久前相继公布了减产计划。根据Auto Forecast Solutions的统计显示，截至8月9日，全球范围内因芯片短缺导致的汽车产量损失已达585.3万辆，其中北美和欧洲地区损失最大，分别为187.4万辆和174.6万辆，其次是中国，达112.2万辆。按照该机构的预测，全球全年汽车产量最终损失可能会进一步上升到700万辆。

供需紧张带来涨价潮

供需紧张的现状，使得汽车芯片的价格也水涨船高。据悉，自2020年底，国内外半导体公司陆续发布了涨价公告，涨幅最高的约15%。公开信息显示，目前MCU芯片价格较2019年同期相比已最少上涨了5倍。

国金证券指出，原材料短缺和价格上涨，也是促使芯片价格攀升的原因。据悉，目前汽车芯片在主流渠道的价格涨了5~10倍，而非主流渠道的价格涨幅高达10~20倍。

研究机构Counterpoint预测，供需失衡的持续导致芯片报价还将上涨至少10%~20%，8英寸代工厂的部分产品已比2020年下半年涨价30%~40%。

一位来自整车企业的人士告诉证券时报记者，马来西亚疫情的反复，或将进一步提高汽车芯片整体价格。

记者注意到，日前国家市场监管总局已经关注到汽车芯片价格上涨的情况，将对涉嫌哄抬价格的汽车芯片经销商立案调查。同时，国家市场监管总局也将持续关注芯片等重要商品市场价格秩序，进一步加大监管执法力度，严厉查处囤积居奇、哄抬价格、串通涨价等违法行为。

新时代证券指出，部分企业在全面缺芯的情况下哄抬价格从中获益，严重扰乱了市场秩序。在国家出手加强监管后，预计接下来汽车芯片的价格有望企稳，中间环节也可能会减少，上下游的供应链会得到一定改善。

国产替代

至少需要5年时间

尽管马来西亚的疫情给全球汽车芯片产业带来冲击，但多位业内人士表示，这并不会对今年国内的汽车产销产生重大影响。

中汽协根据行业内11家汽车重点企业的旬报数据统计显示，2021年8月上中旬，11家重点企业汽车生产完成70.7万辆，同比下降34.3%。其中，乘用车生产同比下降28.9%；商用车生产同比下降44.1%。

“目前，从每个月份的统计数据来看，汽车芯片的短缺确实直接影响到了汽车的生产，但从长期来看，汽车产业的排产是具备一定d性的，并不会对全年的产销构成较大影响。”中国汽车芯片产业创新战略联盟联席理事长董扬告诉证券时报记者。

多家券商指出，在汽车芯片供需紧张的情况下，国产芯片或将迎来良好的替代机遇。据悉，目前在芯片封装测试方面，中国企业已经迎头赶上，市场份额在全球范围内也有所提升。但在研发和产品设计上，目前国产芯片企业仍需完善。

据某自主品牌车企内部人士透露，目前国产汽车芯片可上车使用的仅有5~6种，但一辆整车上涉及到的芯片可能多达50多种，国产汽车芯片的应用占比仍然非常低。

“芯片是技术壁垒最高、全球集中度最高的产业，全世界的芯片都是集中在少数国家和地区设计、生产，而且汽车芯片从设计到测试、制造、上车，整个环节周期较长，我国在汽车芯片产业的生态建设并不完善，相应的制造体系也不是很完备，因此还不具备规模化替代的条件。”董扬告诉证券时报记者，上述车企人士透露的情况并不夸张，实际的应用比例确实很低。

记者注意到，自去年以来汽车芯片的短缺问题已引起了整个行业的高度重视，不少车企联合芯片企业共同研发，以加速国产芯片的替代。除此以外，中国汽车芯片产业创新战略联盟也应运而生。

董扬介绍，在过去一段时间内，汽车芯片联盟共做了四方面的工作，一、组织编制了汽车芯片的供需手册，加强供需两端的信息对接；二、针对不同的芯片建立了相应的组群，以促进国内汽车芯片生态的形成；三、在北京市的支持下，建立了汽车芯片应用的保险制度，让更多的整车企业敢于应用国产汽车芯片；四、联盟也在推动产业各界的交流和培训，建立聚焦于中国汽车芯片的标准体系。

董扬表示，目前上述工作均在推进中，已有超20家汽车芯片企业参与了汽车芯片保险的项目。在他看来，最近几年内，产业各界均会高度关注汽车芯片产业，各个企业的参与热情也会很高，但汽车芯片的国产替代并不是两三年的时间能完成的，至少还需要五年的时间才会有明显的改善，预计经过十年的时间，才会有根本性的改变。

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