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物联网芯片青睐200mm晶圆 应建一条国产设备8英寸产线

随着物联网的发展,200mm(8英寸)晶圆生产线受到欢迎,产能利用率大幅提高。因此,建议我国应尽快建立一条以国产半导体设备为主的200mm生产线。这是基于国家战略高度考虑。近期美国对华挑起贸易摩擦的可能性上升,所以我们应当做好最不利的情况发生时的应对准备。
物联网时代200mm生产线是热点

全球200mm生产线正处于特殊的历史时期。移动技术催生物联网、5G云计算、AI等技术的发展推进了全球物联网市场扩大,上百亿部的智能终端将接入网络,给芯片厂商带来前所未有的机遇,特别是物联网芯片大量采用200mm生产线进行晶圆制造,给200mm厂商带来机遇。

据2016年9月研究机构于物联网市场的预测,2015年市场规模154亿美元,增长29%;2016年为184亿美元,增长19%;2017年预测为211亿美元,增长15%;2019年预测为296亿美元,增长17%。

那么,为什么物联网芯片对于200mm生产线青睐有加呢?首先,先进工艺制程的研发投入太高,难以得到大量客户的青睐。通常一个产品的设计费用(如28nm)需要投入700万美元,其产品未来的销售额至少要达到10倍以上,即7000万美元,才能达到财务平衡。如果产品的设计费用要3.57亿美元(如10nm),那么产品的销售额要达到35.7亿美元才能做到财务上平衡。显然要寻找如此大规模的应用市场,是非常难的。这导致采用先进工艺制程的客户数量越来越少。

其次,未来物联网市场呈金字塔状的分散形态。据GSMA预期,到2020年,全球互联设备将突破270亿台,移动互联设备有望达到105亿台,新的市场机遇将进一步增多,主要集中在M2M(机器对机器,即所有增强机器设备通信和网络能力技术的总称)和消费类电子产品领域。

物联网尽管是siliconization of everything(每样东西都能“硅化”,含有半导体),但是与之前的那些市场相比较,它的需求品种多,但量都不大,几乎少有超过10亿部出货量的情况,甚至单一细分市场1亿部的情况都不多见。IBS估计在2020年时只有少数物联网产品能售出1000万部以上。

最后,物联网器件主要采用模拟及混合信号,并不需要最先进工艺制程。其中主要的产品类型包括传感器、电源、人机接口或者RF,它们的功能不需要如先进工艺制程的缩小,不需要低阀值及微电流。据此,在2015年最广泛采用的设计是130nm,实际上180nm也用得相当好。未来几年中,可能会采用到65nm、40nm及28nm工艺。

200mm生产线需关注维护成本

现阶段全球200mm生产线用火热来形容并不过分,然而也暴露出许多问题。由于大部分的200mm生产线建于上世纪末,已经使用了近20年,按生产线的平均寿命约15年计,许多已到报废的阶段,许多二手设备买不到,200mm设备由于零配件的来源少,导致维护困难。这有可能导致二手设备的价格急剧上升,将使200mm生产线失去该有的吸引力。

数据显示,2016年年底全球有8英寸硅片月产能520万片及12英寸(300mm)硅片月产能530万片。另据SEMI的数据,2007年全球有8英寸生产线199条,2015年时只有178条,预测2020年时将增加到191条,相当于2008年水平。SEMI认为在2017年至2021年期间,中国的200mm产能会增加34%。

2015年全球200mm的产能按应用分别是模拟占11%、分立器件占14%、代工占47%、逻辑+MPU占21%、存储器占3%及MEMS与其他占4%。

建一条以国产设备为主的200mm生产线

200mm生产线在物联网中的应用是一次难得的机会,中国半导体业应动用产业链的力量紧紧抓住它。中国半导体设备厂有足够的能力可以做200mm设备,也已经产出不少种类的产品。目前最大的问题是200mm设备缺乏在生产线中稳定运行的数据及完善的维修与服务体系。其实,这样的过程对于半导体设备企业是不可缺少的。

中科院刘明院士呼吁要给予国产半导体设备试错的机会。进口的半导体设备,它们在产品出厂之前已经进行反复多次的修改,所以产品的可用性更好,而国产设备连实际测试的机会都很少,怎么能马上变成令人可信的优秀产品。

因此建议以国家资金为主,建设一条集中最优秀的国产设备的200mm生产线,进行成熟制程的产品量产,其中有一个主要目的,即全面审视国产设备在大生产中的实战表现,积累国产设备的数据,并不断加以完善。国产设备厂要全力以赴,把自己的产品真正推向市场。生产线的月产能可从1万片起步,逐渐扩大至5万~6万片,并建议最好选择一家对于国产设备抱有充分信心的200mm芯片制造商,从产业角度要有相应的激励措施。

由于国产半导体设备的品种不全,要联成芯片生产线几乎是不可能的,因此采用“混合模式”在所难免,但是要乘此机会依市场的需求争取突破几项关键的设备。有人说现在已有“联合实验室”,为什么还要建一条芯片生产线?显然“联合实验室”是一个进步,但是与芯片生产线是无法比较的,因为国产半导体设备必须要通过量产的考核,才能真正达到实用化,并把中国半导体设备水平提到一个新的高度。

如果这条200mm生产线建成,将象征着中国半导体设备制造商由“配角”转换到“主角”的时机到来,是一次质的飞跃。当然,这对于国产半导体设备制造商也是一个严峻的考验。所以,国产半导体设备制造商要有迎难而上的心态,要有雷厉风行、一干到底的作风,把发现的问题能迅速地与芯片制造专家们合作共同解决,让这条200mm生产线能持续运行下去,提高产能利用率。这样花上3年至5年时间,将这一关闯过去,中国的半导体设备制造业将有光辉灿烂的明天。


(责任编辑:ioter)

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