近日,X-Fab的Ulrich Bretthauer博士指出,150mm CMOS工艺的淘汰不仅仅是产品变革,更是一种行业结构性风险。
电子产品和系统制造商,尤其是在汽车、工业、医疗和航空航天领域,严重依赖稳定的集成电路供应。然而,近期一些代工厂停止了基于150mm(6英寸)晶圆的CMOS工艺,导致供应链中断,设计工程师不得不重新开始设计,严重影响了企业的战略规划。
150mm晶圆上CMOS芯片生产的停止,标志着0.6µm及更大尺寸工艺的终结,给相关行业的制造商带来了巨大挑战。这些成熟节点仍广泛用于模拟和混合信号IC,包括传感器接口和电源管理芯片。许多设计团队对150mm CMOS芯片寿命终止(EOL)的突然宣布感到措手不及,不得不紧急评估库存、启动重新设计并重新验证长期运行的系统。
随着工艺节点尺寸的不断缩小,晶圆尺寸也从150mm(6英寸)增大到200mm(8英寸),最终达到300mm(12英寸)。尽管300mm晶圆已成为先进节点(<90nm)的标准,但许多模拟和混合信号应用仍停留在150mm晶圆上。然而,维持150mm晶圆上的CMOS工艺生产变得越来越具挑战性,直接和间接材料供应困难且昂贵,设备维护复杂且成本高。由于这些相关成本无法再转嫁给客户,许多代工厂被迫停止150mm晶圆的生产。
根据JEDEC标准J-STD-048(产品停产通知标准),客户自产品停产公告发布之日起有六个月时间提交最终订单,十二个月时间完成最终交付。这一紧迫的时间安排给企业带来了巨大压力,迫使他们快速评估客户需求,确保最后一次采购,并开始规划替换方案。在许多情况下,唯一可行的解决方案是将受影响的集成电路迁移到新的工艺节点,这需要兼顾技术和业务考量,尤其是在开发定制ASIC时。
这些商业考量始于对经济可行性的评估。ASIC应提供独特的解决方案,以优化系统成本、性能和PCB面积,同时通过更高的集成度实现增值。技术评估需要确定合适的节点,评估可用的功能集,并分析原型设计和晶圆成本。最后,必须根据代工厂合作伙伴的相关业绩记录、交付承诺、制造地点以及在适用情况下,提供设计、测试和供应链管理的合格服务提供商网络来选择合作伙伴。
许多制造商并没有直接跳转到300mm晶圆上的130nm以下工艺,而是转向200mm晶圆上的350nm或180nm节点。这些工艺在效率、设计简洁性和长期可行性之间取得了平衡。由于设计流程更简单且掩模版成本更低,开发成本明显低于先进节点。此外,350nm工艺节点的成熟度使其能够加快产品上市速度,降低验证成本,并借助成熟的IP和稳定的PDK,持续保持较高的一次成功率。350nm工艺的模拟和高压性能通常更佳,且器件选择范围比更先进的节点更广泛。
350nm和180nm结构宽度的工艺节点均采用200mm晶圆制造。刚刚经历150mm工艺停产的客户可能会担心其长期供货情况,并倾向于采用300mm晶圆工艺。尽管存在这些长期供应方面的担忧,但将300mm工艺用于小批量生产并非经济可行的选择。这是因为开发时间和成本以及掩模成本都比成熟的200mm工艺高出许多倍。由于晶圆直径的转换会导致每片晶圆的芯片数量几乎翻倍,因此客户直接从150mm切换到300mm时,很快就会低于代工厂的最低订购量。
如果在决定采用350nm还是180nm CMOS技术时考虑工艺的长期可用性,则值得关注近期晶圆交付情况。2023年第三季度,大于90nm的技术节点占月晶圆产量的38%以上。这意味着200mm晶圆的全球供应链依然强劲,确保了材料和设备的持续供应。
350nm节点拥有较长的生命周期和久经考验的稳定性,非常适合模拟、MEMS和基于传感器的系统,支持集成足以满足入门级微控制器(MCU)需求的数字功能,例如ARM Cortex-M0、i8051或RISC-V内核,以及嵌入式存储器功能。
X-Fab维护着“X-Chain”生态系统,使客户能够专注于其特定的核心竞争力。X-Fab经过硅验证的平台稳定性确保了极高的“一次成功”率,而快速且经济高效的原型设计选项则支持快速提升产能。
遍布欧洲的生产布局增强了供应安全性,并降低地缘政治风险。双重采购以及对350nm及以下CMOS技术超过15年的长期供应承诺,确保了客户获得长期的可靠性和稳定性。
350nm是模拟为主的ASIC的最佳技术节点。它支持高达100V的高压晶体管和低噪声模拟器件,并提供MEMS和传感器接口的集成选项。该平台还包含汽车级非易失性存储器和强大的I/O库,使其特别适用于混合信号、传感器融合、电源管理IC和电机控制应用。
150mm CMOS的淘汰不仅仅是产品层面的变化,更是行业结构性风险。依赖成熟节点ASIC的公司必须立即采取行动,确保供应,避免重新设计瓶颈,并保持系统级差异化。X-Fab的200mm晶圆上的350nm解决方案提供了一种稳健、经济高效且寿命长的替代方案,其欧洲供应基地和生态系统旨在实现稳定和创新。(校对/赵月)