半導(dǎo)體制造技術(shù)如何緩解電子元器件過時(shí)難題？
作者：網(wǎng)站管理員 發(fā)布時(shí)間：2024-05-06 瀏覽次數(shù)：
在評估產(chǎn)品選擇所帶來的長期供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，我們必須意識到，原始組件制造商(OCM)提供的零件編號信息，其涵蓋的范圍遠(yuǎn)超過了商用工具所提供的物料清單(BOM)健康報(bào)告所能涉及的內(nèi)容。如果把芯片看成一幅完整的“拼圖”畫，這幅“拼圖”畫由許多小“拼圖塊”構(gòu)成，每個(gè)小“拼圖塊”都至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問題都可能會導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品過時(shí)。這些“拼圖塊”多種多樣， 涵蓋了從業(yè)務(wù)收入到半導(dǎo)體產(chǎn)品的各個(gè)子部分，比如代工技術(shù)、封裝方式、基板或引線框架的選擇、測試平臺及設(shè)計(jì)資源等。此外，這些“拼圖塊”還包括半導(dǎo)體公司的整體戰(zhàn)略方向或市場焦點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移，半導(dǎo)體公司的市場焦點(diǎn)可能會發(fā)生改變，但那些長期合作的系統(tǒng)公司(如客戶)，他們的產(chǎn)品重點(diǎn)可能并不會輕易改變。因此，在評估產(chǎn)品選擇所帶來的長期供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，我們必須意識到，原始組件制造商(OCM)提供的零件編號信息，其涵蓋的范圍遠(yuǎn)超過了商用工具所提供的物料清單(BOM)健康報(bào)告所能涉及的內(nèi)容。制造供應(yīng)鏈如何影響產(chǎn)品的長期可用性?大多數(shù)傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)品都采用引線框架封裝形式，如DIP、PLCC、QFP和PGA等。如今的半導(dǎo)體市場已不再將引線框架封裝作為主要的產(chǎn)量驅(qū)動因素，而是逐漸轉(zhuǎn)向基于基板的組裝方式。要深入理解引線框架組件逐漸消失原因，我們需要從組裝基地的歷史、利潤率的變化，以及行業(yè)發(fā)展趨勢等多方面進(jìn)行綜合考察。早在20世紀(jì)80年代，離岸外包的潮流就已悄然興起。當(dāng)時(shí)，臺積電尚未憑借卓越的代工技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)嶄露頭角。海外組裝主要受成本因素驅(qū)動，同時(shí)也受到環(huán)境限制的影響，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的組裝工藝不像現(xiàn)在這樣清潔。隨著行業(yè)競爭日益激烈，眾多引線框架供應(yīng)商在競爭中逐漸被淘汰，只有那些規(guī)模最大的供應(yīng)商才能勉強(qiáng)維持盈利。如今，引線框架的利潤率已經(jīng)跌至個(gè)位數(shù)，而大多數(shù)半導(dǎo)體公司的利潤率卻接近50%。20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初，在高速IO(輸入/輸出)和BGA(焊球陣列封裝)組裝的推動下，引線框架組件的產(chǎn)量達(dá)到歷史頂峰。不過，隨著高速IO標(biāo)準(zhǔn)(如PCI-e、多千兆以太網(wǎng)、SATA、SAS等)的相繼問世，大家發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)成為限制器件性能的關(guān)鍵因素——高速IO標(biāo)準(zhǔn)和其他新標(biāo)準(zhǔn)都設(shè)立了明確的性能路線圖，但引線鍵合技術(shù)卻難以達(dá)到這些性能要求。同時(shí)，隨著器件速度的大幅提升，其功耗也相應(yīng)在增加。引線鍵合將電力從芯片外部分配到核心，但對于20世紀(jì)90年代開始普及的高性能產(chǎn)品來說，僅從芯片外部供電無法滿足日益增長的電力需求。為了解決這一難題，倒裝芯片和BGA封裝基板應(yīng)運(yùn)而生，這些技術(shù)通過直接向核心供電，消除了對引線鍵合的依賴，從而有效緩解了電力分配的挑戰(zhàn)。這一方案不僅提升了電力傳輸效率，還實(shí)現(xiàn)了更好的信號完整性，使得器件能夠符合高速SerDes(串行器/解串器)標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)入到21世紀(jì)初，隨著引線框架組件的產(chǎn)量逐漸減少，一種新型的低引腳數(shù)封裝方式——QFN封裝開始嶄露頭角。QFN封裝是一種基于基板的組裝方式，使用引線鍵合技術(shù)將芯片連接到引線。這種封裝方式的出現(xiàn)，標(biāo)志著半導(dǎo)體封裝技術(shù)正朝著更高效、更先進(jìn)的方向發(fā)展。時(shí)至今日，基板組件的產(chǎn)量已遠(yuǎn)超引線框架組件。此前，修剪和成型工具是封裝廠成本支出最大的引線框架加工設(shè)備。隨著引線框架組件產(chǎn)量縮減，基于基板的組裝方式成為主流。封裝廠從引線框架組裝轉(zhuǎn)換為基板組裝，需要換修剪和成型工具，而它們的利潤率只有個(gè)位數(shù)，該盈利能力難以支撐其徹底放棄引線框架組件。業(yè)界之所以選擇摒棄引線框架組件，原因在于技術(shù)性能要求零線鍵合，且繼續(xù)生產(chǎn)低產(chǎn)量的引線框架組件成本過高。這不僅是出于經(jīng)濟(jì)因素的考量，更是技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果。一旦組裝方案得以確定，測試方案也要緊隨其后進(jìn)行調(diào)整。我們要緊密關(guān)注測試技術(shù)中的相似發(fā)展趨勢，以確保平穩(wěn)過渡到基板組裝測試。如果基板組裝測試中存在不銜接的問題，可能會導(dǎo)致技術(shù)落后問題的出現(xiàn)。目前，市場上最新的生產(chǎn)測試設(shè)備主要服務(wù)于基于基板的組裝，而所有旨在減少批量生產(chǎn)成本的措施，也主要圍繞著基板組件來展開。但值得注意的是，隨著產(chǎn)量的逐漸減少，OSAT(外包半導(dǎo)體封裝和測試)工廠在針對小批量生產(chǎn)進(jìn)行測試時(shí)面臨的挑戰(zhàn)日益增大。尤其是在那些以引線框架為基礎(chǔ)的產(chǎn)品中，這種挑戰(zhàn)尤為明顯。僅收購OSAT供應(yīng)鏈，無法滿足客戶長期需求在晶圓供應(yīng)充足的情況下，如果一家公司通過僅收購現(xiàn)有的OSAT供應(yīng)鏈，來為客戶提供同一款半導(dǎo)體產(chǎn)品，這種情況能夠長期持續(xù)嗎?羅徹斯特電子公司認(rèn)為這種方案只是短期的權(quán)宜之計(jì)。回顧前文提到的“拼圖塊”，它包含了從引線框架、組裝到測試的全部環(huán)節(jié)。在OSAT供應(yīng)鏈中，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)在經(jīng)濟(jì)上顯得不再可行，那么這個(gè)環(huán)節(jié)就很可能被淘汰。這是因?yàn)槿魏沃С諳SAT供應(yīng)鏈管理的公司，都無法推動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，這增加了技術(shù)過時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，OSAT廠商無法像原始組件制造商(OCM)那樣，利用相同水平的產(chǎn)品延續(xù)性。短期內(nèi)，OSAT供應(yīng)鏈管理或許能夠維持產(chǎn)品的生產(chǎn)，但從長遠(yuǎn)來看，這種做法并不可持續(xù)。
與授權(quán)的半導(dǎo)體制造商合作可以有效降低組件過時(shí)或停產(chǎn)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)某個(gè)元器件停產(chǎn)時(shí)，獲得許可的制造商能夠繼續(xù)生產(chǎn)這些不再由OCM供應(yīng)的器件。此時(shí)，OCM會將剩余的晶圓、裸芯、組裝流程，以及原始的測試知識產(chǎn)權(quán)(IP)轉(zhuǎn)移給授權(quán)制造商。這意味著，即便是之前已經(jīng)停產(chǎn)的元器件，現(xiàn)在也能被重新制造出來，而且完全符合原始的規(guī)格要求。更為便利的是，這種合作方式無需進(jìn)行額外的資格認(rèn)證或軟件更改，從而大大簡化了生產(chǎn)流程。
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