晶圆厂新战役打响?半导体需求旺,三星等大集团将进军后段制程

晶圆厂新战役打响?半导体需求旺,三星等大集团将进军后段制程,第1张

在过去几年里,“缺芯”是半导体行业的老大难,“扩产”则成了晶圆代工厂的常态。面对供应不足的行业现状,扩大产能、抢占市场成为了全球晶圆代工企业共同的选择。

先前半导体的技术竞赛,指的都是前段制程如何缩小尺寸,但现在几乎已达技术极限。据悉,半导体行业 游戏 规则正在改变,原本后段制程认为附加价值低,现在却和前段制程一样跻身热门领域;主要战场已移到后段制程,而不再是一味比线路的微细化了。

半导体若要功能更强、成本更低,就要另辟战场。这时候脱颖而出的就是后段工程的晶片3D封装技术,因可减少多余能源耗损,提高效率。例如讲究轻巧的智慧型手机、AR或VR用头盔等,都适合用到这种技术。此外,去年开始大家都在讲碳中和,也使这项技术高度受重视。日本半导体业者指出,原本节省能源就是非做不可的事,但3D封装技术现在变成最重要课题。

日本有多家企业拥有3D封装技术。材料方面包括昭和电工材料(前日立化成)、JSR、揖斐电(Ibiden)、新光电气工业等;制造设备有牛尾电机、佳能、迪斯科(Disco)、东京精密等,迪斯科和东京精密就独占半导体切割设备市场。这些企业及一些研究所和大学,都在台积电合作开发的名单内。

事实上,2020年秋季全球半导体大缺货时,电脑、 游戏 机等设备的后段工程材料就供不应求。当时揖斐电还为此决定投资1,800亿日圆增产高性能IC封装基板,预定2023年开始量产。业界人士透露,由于日本基板不足,曾导致部分外国半导体厂无法量产。

封装是指将完成前端工艺的晶圆切割成半导体的形状或对其进行布线。在业界,它也被称为“后段制程”。

尤其是英特尔和台积电等全球半导体巨头正在大举投资先进封装设备。根据市场研究公司 Yole Development 的数据,英特尔和台积电分别占据 2022 全球先进封装投资的公司 32% 和 27%。三星电子排名第四,仅次于台湾后端工艺公司 ASE。

英特尔已经在 2018 年推出了名为“Foveros”的 3D 封装品牌,并宣布将把这项技术应用到各种新产品中。它还设计了一种将每个区域组装成产品的方法,将其制作成tiles。2020 年发布的一款名为“Lakefield”的芯片就是采用这种方式制成的,并安装在三星电子的笔记本电脑中。

台积电最近也决定使用这项技术生产其最大客户 AMD 的最新产品。英特尔和台积电非常积极地在日本建立了一个 3D 封装研究中心,并从 6 月 24 日开始运营。

三星也在这个市场发力,在 2020 年推出了 3D 堆叠技术“X-Cube”。三星电子晶圆代工事业部总裁 Choi Si-young 在 Hot Chips 2021 上表示正在开发“3.5D 封装”去年六月。半导体行业的注意力为零,三星的这个工作组是否能够找到一种方法,使得三星与该领域的竞争对手保持领先。

随着前端节点越来越小,设计成本变得越来越重要。高级封装 (AP) 解决方案通过降低成本、提高系统性能、降低延迟、增加带宽和电源效率来帮助解决这些问题。

数据中心网络、高性能计算机和自动驾驶 汽车 正在推动高端性能封装的采用,以及从技术角度来看的演变。今天的趋势是在云、边缘计算和设备级别拥有更大的计算资源。因此,不断增长的需求正在推动高端高性能封装设备的采用。

华为在武汉设厂并不算什么新闻,早在去年华为在武汉的工厂就有图片和消息传出。当然关于这个工厂现在有更多信息传来,如果不出意外的话这应该是华为第一个晶圆厂,这也将夯实华为在半导体行业的地位,同时也将解决华为在高端网络设备上的一些问题。而且从目前工厂的进展情况来看,速度相当快,预计在明年2022年就可以正式投产了。

关于华为这座晶圆厂,外界传闻很多,当然一些人也开始编造“新闻”,基本就是以下两种论调:一种是华为的晶圆厂可以解决华为缺芯的问题,并且高调表示华为自己也可以生产芯片,不担心海外的禁令卡脖子了;另一种则更夸张,表示华为的晶圆厂生产的是光芯片,可以取代现在传统的SoC芯片,并且在技术上做到弯道超车。

以上两种说法显然都是大错特错的,首先华为的这座晶圆厂并非生产传统芯片,华为连光刻机都没有,自然也就无法生产芯片;倒是第二种说法略微有点事实基础,因为华为这座晶圆厂的确是用来生产光芯片的,只不过这种芯片不是用来取代现在传统的芯片,而是用于制造光通信芯片和模块,这种芯片是用在相关的网络模块中,而不是目前PC和手机用的芯片,更不存在什么芯片技术弯道超车的说法。

严格来说,华为这个晶圆厂应该是属于晶圆加工,它生产的光通信芯片及模块,不像现在芯片代工这样需要较高的设备和技术要求,工艺要求和芯片代工也相差很远。当然在目前网络设备行业中,光通信芯片和模块在高端部分,依然由国外把持,即使强如华为,过去也需要进口,一些低端光通信芯片产品国内倒是可以自己生产。而华为这次的晶圆厂,就是解决国内高端光通信芯片匮乏的问题,在这座晶圆厂投产后,以后华为相关网络设备中的高端光通信芯片和模块,就能自给自足,不用依赖海外进口,也算解决一个可能卡脖子的隐患。

这里倒可以简单说说目前光通信芯片的一些种类和产品,光芯片包含多个元器件种类,如激光器芯片、调制器芯片、耦合器芯片、分束器芯片、波分复用器芯片、探测器芯片等。这些芯片/器件集成后,再加入外围电路形成一个光通信模块,被广泛应用于路由器、基站、传输系统、接入网等光网络建设中。所以华为的这个晶圆厂,生产加工的光芯片和模块,主要还是用在光网络建设中,和华为现在手机芯片没有半毛关系。

目前国内在光通信这部分有较强实力的厂商不少,除了华为之外,还有华工 科技 、海信、中芯、大唐、烽火等厂商,比如烽火在这部分实力一直处于领先地位,是目前国内少有的能够自产10G及以上高端光芯片的厂商,芯片自给率达到95%左右,市场份额多年来保持在国内第一,全球前五。而华为前几年通过收购英国及比利时的光芯片公司,也进入了高端光通信芯片的市场,这次又在国内武汉建立了自己第一座光通信芯片的晶圆厂,在全球范围内后来居上的态势很明显。

在之前高端光芯片技术,主要还是掌握在美国日本企业手中,我国高端光通信芯片大多数都是海外生产,虽然其中一些公司的产品其实算是中国企业的,不过从国产化的进程来看,前几年我们高端光通信芯片的国产率只有3%,而华为这座晶圆厂的出现,对于大局其实影响不大,海外产品必然还是占据绝对优势,不过对于华为自己来说,倒是意义非凡,一方面不担心未来禁令影响到自己相关产品的生产,另一方面也助于加速高端光芯片国产化的进程。

特别要说的是,华为武汉这座晶圆厂,据悉有超过1万人的研发人员,主要项目除了光通信设备之外,包括海思芯片、自动驾驶激光雷达等研发也会放在这座晶圆厂。虽然这的确对华为目前缺芯的问题没有太大的帮助,也没法帮助华为解决5G手机无法生产的难题,但对于华为而言,这也算是安身立命之本了,毕竟华为除了手机这样的消费者业务,它还是世界最大的网络通信设备厂商之一。

缺芯问题蔓延到 汽车 领域,但 汽车 抢晶圆产能,也将影响到智能手机中移动存储芯片的生产。

谁也没有想到如今的半导体领域会出现这样的局面。老美芯片滞销,而竞争对手开始表示产品不受美限制, 一来二去也使美半导体损失不少经济,就基于这样的情况,缺“芯”病毒将扩散,也将迎来新的局面。

我们先说 汽车 缺芯问题。在去年因为特殊原因,导致国外不少晶圆厂开始关门,后来尽管市场复苏,但是产能已经跟不上,再加上像国内的中芯受到老美的制裁,其生产的 汽车 、家电产能也被搁置,所以就更加使得市场缺芯。 如今大众、福特等 汽车 厂开始计划减产。

但是生产还是要继续, 于是他们开始游说台积电,使台积电加大对 汽车 芯片的产能,台积电也曾表示,如果可以优化生产是考虑优先生产 汽车 芯片的。

再说 汽车 缺芯将会影响到移动存储芯片问题。 就在1月29日有媒体爆料称三星表示, 汽车 缺芯,将会导致智能手机中移动存储芯片的生产。

三星的担忧还是有理有据,比如如果代工厂都开始考虑急于满足 汽车 芯片,那么产线必将满负荷运作,这样限制了他们接新订单的能力,也会减缓移动设备芯片的交付速度。

产能吃紧, 汽车 入局,结果就是会导致DRAM和NAND存储芯片的供应,换言之,智能手机、平板电脑都会受到影响。

其实在全球芯片紧张的情况下,别说台积电了,就是三星也开始考虑扩大晶圆厂产能。这不,台积电刚去赴美建厂,三星就被传出携百亿赴美建厂,而且是从3nm开始做起。不知道今后老美市场的这两个巨头将会出现怎样的争夺,但是就目前来看, 汽车 芯片急缺,也导致不少晶圆厂开始慌张, 因为如果一旦满足 汽车 需求,那么手机这一块就会受到影响。而这种缺芯情况还要延续多久,没人知道。

汽车 缺芯也是很多人始料未及的,而且还将持续多久没人知道,涨价潮已经来了一波又一波,晶圆厂也是赚得不亦乐乎。

现在似乎就是晶圆代工厂掌握了话语权。

不少人说,在这种情况下,国内晶圆代工又是什么局面呢?

前面我们说了,中芯被限制之后,也受到不小的影响,于是国内“老二”华虹半导体逆袭开始,多家厂商开始顺势向华虹半导体下了订单。

再者,现在8英寸代工产能吃紧,但是华虹半导体共有3座8英寸工厂,3座12英寸代工厂,这样的实力也算是能够满足客户需求了。

而据SEMI的数据显示,全球有60余座在投半导体晶圆厂,但在国内的就有26座,换言之国内代工厂正在崛起,而芯片制造重心也发生了偏移。

在国内半导体大力投资、发展的情况下,这些厂也得到了一定的机遇,当技术稳步提升,也就赢得更多的市场份额。

如今缺芯依然存在,尽管台积电、三星开始考虑建厂,但成本之高、技术之难,不是三下五除二就能够搞定。

对于国内来说,这是一个机会,掌握核心技术,才能赢得更多市场。


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