順勢(shì)而為 博世300mm晶圓工廠投產(chǎn)在即

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購(gòu)置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷(xiāo)商報(bào)價(jià) 車(chē)主點(diǎn)評(píng)

隨著去年新冠肺炎疫情的全球爆發(fā)，在家工作已經(jīng)成為藍(lán)星國(guó)家的普遍操作，因此工廠減產(chǎn)或停產(chǎn)的消息也并不少見(jiàn)。在新冠肺炎為全球發(fā)展按下“暫停鍵”幾個(gè)月后，各種汽車(chē)公司逐漸開(kāi)始恢復(fù)生產(chǎn)。但芯片短缺甚至相繼停產(chǎn)的消息令人擔(dān)憂，影響了整車(chē)的成交價(jià)格。

與此同時(shí)，汽車(chē)行業(yè)正在快速向“新四化”轉(zhuǎn)型，智能化、自動(dòng)化是車(chē)企和頭部供應(yīng)商的戰(zhàn)場(chǎng)。從整車(chē)生產(chǎn)到智能座艙和“自動(dòng)駕駛”方案的商業(yè)化，芯片供應(yīng)不可或缺，原材料需求大幅增加。當(dāng)然，也有好消息。例如，博世在德累斯頓的新晶圓廠即將投產(chǎn)，首批芯片將于7月下線，比預(yù)期提前了6個(gè)月。

你想知道一輛車(chē)的測(cè)試過(guò)程嗎？想知道如何判斷一輛車(chē)的優(yōu)劣嗎？掃描下圖二維碼，我們將于6月27日在北京凱澤汽車(chē)運(yùn)動(dòng)中心等您。報(bào)名后，我們可以在與專(zhuān)業(yè)的測(cè)試編輯和專(zhuān)業(yè)的駕駛員一起完成測(cè)試，還有麋鹿測(cè)試、賽道測(cè)試、AEB測(cè)試等項(xiàng)目可以體驗(yàn)。

對(duì)于半導(dǎo)體及相關(guān)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，晶圓是產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。但晶圓生產(chǎn)遠(yuǎn)高于“切雞”的門(mén)檻，營(yíng)造無(wú)塵環(huán)境是基本條件，否則會(huì)影響晶圓的良率，電子元器件和電路也會(huì)有缺陷。

一般潔凈室的氣壓會(huì)比外界高，從而保證空空氣中的污染物不會(huì)被吹進(jìn)潔凈室。純水、特殊氣體等。生產(chǎn)所需的物料將通過(guò)相應(yīng)的管道輸送到設(shè)備中，最大限度地避免雜質(zhì)污染。

無(wú)塵條件滿足后，我們?cè)僬劸A制造。一般來(lái)說(shuō)，晶圓也叫硅片，顧名思義，它的原材料是硅。然而，硅在自然界中大多以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，即常見(jiàn)的巖石和礫石。

晶圓生產(chǎn)的原材料對(duì)我們來(lái)說(shuō)似乎很熟悉空，但只有在工廠里經(jīng)過(guò)提煉和提純，才能成為真正的原材料。就像從農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)或者超市買(mǎi)的鮮肉，回到家就要用水清洗，去掉筋膜，關(guān)注的朋友也會(huì)為了讓原料更干凈而酸肉。關(guān)鍵是全球能制造電子級(jí)硅的企業(yè)不到100家，其中95%的市場(chǎng)被晶圓廠壟斷，可以說(shuō)是一個(gè)門(mén)檻。

經(jīng)過(guò)精煉和提純步驟后，高純多晶硅將再次加熱，熔化后，單晶硅將沿著籽晶生長(zhǎng)，這在工業(yè)上被稱(chēng)為直拉法。生產(chǎn)的單晶硅棒最外層應(yīng)研磨，以確保切割的晶片具有相同的直徑。此時(shí)，晶圓“樣品”誕生了，然后要加入砷、磷、硼等元素來(lái)改變其導(dǎo)電性和特性。別激動(dòng)，只是用蔥、姜、料酒腌制的，離食用油還有很長(zhǎng)的路要走。

這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于電影時(shí)代在暗房里沖洗照片。這項(xiàng)技術(shù)本身并不是每個(gè)人的技能。除此之外，晶圓生產(chǎn)還需要掩模對(duì)準(zhǔn)器。掩模對(duì)準(zhǔn)器的性能將影響單位面積晶圓的晶體管密度，決定一個(gè)企業(yè)能否生產(chǎn)高端芯片。

最后，乍一看像鏡子，其實(shí)是大量芯片集合體的晶圓。根據(jù)集成電路的不同用途，通過(guò)檢查、測(cè)試、切割和封裝，形成不同的電子元件。目前能生產(chǎn)12英寸晶圓的廠商主要使用荷蘭ASML的掩膜版對(duì)準(zhǔn)器，掩膜版對(duì)準(zhǔn)器本身產(chǎn)能有限、價(jià)格高昂是門(mén)檻，更別說(shuō)一些國(guó)家用掩膜版對(duì)準(zhǔn)器“卡”別人脖子了。另一方面，晶圓廠需要巨大的資金、技術(shù)、人員等投入。奇怪的是，“有錢(qián)人”做的稀世珍寶卻無(wú)人問(wèn)津。

■蜜汁操作真的很揪心。晶圓廠不喜歡和汽車(chē)公司玩。

在半導(dǎo)體行業(yè)，供應(yīng)短缺是常態(tài)，主流晶圓廠會(huì)生產(chǎn)直徑200mm和300mm的晶圓。根據(jù)行業(yè)慣例，它們分別被稱(chēng)為8英寸晶圓和12英寸晶圓。但在產(chǎn)能安排上，12英寸晶圓是主流，占全球晶圓總產(chǎn)能的80%。

對(duì)于晶圓廠來(lái)說(shuō)，芯片就是最終產(chǎn)品。從晶片上切下芯片類(lèi)似于把蛋糕分成小塊。浪費(fèi)的部分越少，意味著利潤(rùn)越高。在生產(chǎn)相同工藝的芯片時(shí)，12英寸晶圓的產(chǎn)量是8英寸晶圓的2.385倍。用IHS Markit高級(jí)分析師Phil Amsrud的話來(lái)說(shuō)，“12英寸晶圓的利潤(rùn)比8英寸晶圓高50%左右”。

一般來(lái)說(shuō)，工藝低于90納米的芯片將來(lái)自12英寸的晶圓。比如采用5nm工藝的蘋(píng)果A14，驍龍888處理器等。汽車(chē)常用的電子元器件，如MCU微控制器、ESP車(chē)身穩(wěn)定控制單元等，大多采用90、100、130nm工藝，28nm工藝就是一個(gè)例子。對(duì)于車(chē)企的需求，晶圓廠成本更低、技術(shù)更成熟的8英寸晶圓生產(chǎn)線就足夠了。

不僅如此，晶圓廠的制造工藝也需要不斷改進(jìn)，以滿足市場(chǎng)需求。相對(duì)于MCU等生產(chǎn)工藝不先進(jìn)、主要靠數(shù)量的元器件，如何提升自身實(shí)力，獲得蘋(píng)果、索尼等大廠的下一代產(chǎn)品訂單，是晶圓廠喜歡思考的問(wèn)題。畢竟iPhone和PS系列游戲機(jī)的出貨量更讓人印象深刻，5nm、3nm等先進(jìn)技術(shù)也會(huì)給芯片代工廠帶來(lái)亮點(diǎn)。

在計(jì)算能力方面，40nm和28nm工藝芯片可以提供1TOPS的計(jì)算能力，而汽車(chē)芯片的計(jì)算能力基本是每秒幾十億次，與1TOPS相差甚遠(yuǎn)。隨著駕駛員輔助系統(tǒng)和智能座艙的發(fā)展，對(duì)車(chē)規(guī)芯片計(jì)算能力的要求越來(lái)越高。以高通8155和英偉達(dá)DRIVE AGX Orin芯片為例，它們的計(jì)算能力分別為360和254TOPS。

話雖如此，也解釋了為什么大眾、通用、特斯拉等眾多車(chē)企。，均缺“芯”且因MCU供應(yīng)故障停產(chǎn)。部分原因是，在全球爆發(fā)新冠肺炎疫情期間，一些汽車(chē)公司看到銷(xiāo)量下降，自愿取消了電子元件訂單。同時(shí)，家庭辦公的興起帶動(dòng)了筆記本電腦、平板電腦等一系列電子產(chǎn)品的消費(fèi)。不良產(chǎn)能空出現(xiàn)，對(duì)喜歡的領(lǐng)域需求大幅增加?！拔磥?lái)”和“金錢(qián)”的結(jié)合讓晶圓廠無(wú)比開(kāi)心。后疫情時(shí)代，車(chē)企開(kāi)始加碼電子元器件訂單，導(dǎo)致了排隊(duì)問(wèn)題，每個(gè)人都要為有限的8英寸晶圓產(chǎn)能排隊(duì)。抱怨提價(jià)提車(chē)，或者等幾個(gè)月看不到車(chē)的朋友，想想“好處”?？赡苘?chē)企在等，比你還慘。

雖然火災(zāi)、干旱等不可抗力因素是芯片短缺的原因之一，但利潤(rùn)和市場(chǎng)需求是晶圓廠調(diào)整產(chǎn)能的決定性因素，更不用說(shuō)還要開(kāi)發(fā)新技術(shù)才能跟上時(shí)代。就像在私人餐廳點(diǎn)專(zhuān)屬特價(jià)需要提前預(yù)約一樣，增加“非主流”生產(chǎn)線，商家用它可以翻好幾桌，不劃算。

■Tire1博世的新晶圓之旅

說(shuō)到德國(guó)的博世，大家都很熟悉。其業(yè)務(wù)包括但不限于汽車(chē)、工業(yè)等領(lǐng)域，也是眾多汽車(chē)企業(yè)的一級(jí)供應(yīng)商。像可以單手握持的家用電鉆和ESP車(chē)身穩(wěn)定控制系統(tǒng)，這些都是博世的杰作。

1995年和2010年，該廠分別引進(jìn)了150毫米和200毫米晶圓制造技術(shù)，即6英寸和8英寸晶圓。除了滿足汽車(chē)電子元器件的自產(chǎn)自銷(xiāo)需求，博世還涉足智能手機(jī)、筆記本電腦、無(wú)人機(jī)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的芯片供應(yīng)。具體來(lái)說(shuō)，從1978年推出的ABS防抱死模塊，到壓力傳感器等MEMS微機(jī)電系統(tǒng)，博世Reutlingen工廠可以生產(chǎn)各種產(chǎn)品。

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隨著智能網(wǎng)聯(lián)和“自動(dòng)駕駛”相關(guān)功能在汽車(chē)上的普及，每輛汽車(chē)中半導(dǎo)體元器件的數(shù)量和成本都在逐年增加，這對(duì)博世的晶圓生產(chǎn)能力和工藝提出了更高的要求。于是，德累斯頓300毫米晶圓廠誕生了。新工廠是博世集團(tuán)130多年來(lái)歷史上最大的單筆投資，也是博世邁向工業(yè)4.0的起點(diǎn)。未來(lái)歐洲三分之一的芯片將來(lái)自這里。

根據(jù)計(jì)劃，博世德累斯頓晶圓廠將于7月開(kāi)始生產(chǎn)，比原計(jì)劃提前6個(gè)月。新工廠生產(chǎn)的半導(dǎo)體將應(yīng)用于博世電動(dòng)工具，汽車(chē)芯片的生產(chǎn)將于9月份開(kāi)始，這也比原計(jì)劃提前了3個(gè)月。

來(lái)自工廠設(shè)備、傳感器和產(chǎn)品的所有數(shù)據(jù)都記錄在中央數(shù)據(jù)庫(kù)中，每秒生成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相當(dāng)于500頁(yè)文本。一天之內(nèi)，數(shù)據(jù)總量超過(guò)4200萬(wàn)頁(yè)。這些數(shù)據(jù)將由人工智能進(jìn)行評(píng)估。

從晶圓到芯片，整個(gè)過(guò)程將經(jīng)歷700道工序，耗時(shí)10周。在新工廠中，晶圓運(yùn)輸過(guò)程已經(jīng)完全自動(dòng)化，工廠面積數(shù)萬(wàn)平方米后將提供700個(gè)人工站。當(dāng)然，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，12英寸晶圓加裝載機(jī)的重量超過(guò)了人工運(yùn)輸?shù)难b載極限，這可能是12英寸晶圓廠需要高度自動(dòng)化的原因之一。

作為眾多車(chē)企的一流供應(yīng)商，目前在智能網(wǎng)聯(lián)和“自動(dòng)駕駛”對(duì)汽車(chē)芯片提出高需求、高要求的情況下，自建工廠是博世面向未來(lái)，盡可能避免市場(chǎng)供需帶來(lái)的價(jià)格波動(dòng)的最佳選擇。12英寸晶圓的生產(chǎn)不僅可以最大限度地提高單位面積晶圓的利潤(rùn)和生產(chǎn)率，還可以為未來(lái)更先進(jìn)的制造工藝鋪平道路。

寫(xiě)在最后

汽車(chē)智能化、自動(dòng)化的背后，是芯片、軟件等相關(guān)技術(shù)的持續(xù)加碼。與其說(shuō)前段時(shí)間的芯片緊急事件暴露了半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)能問(wèn)題，不如說(shuō)只是暴露了汽車(chē)芯片與電子產(chǎn)品CPU等元器件的技術(shù)差異。將價(jià)格話語(yǔ)權(quán)掌握在自己手中，是傳統(tǒng)供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商都會(huì)想到的。擁抱新技術(shù)和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)可能是傳統(tǒng)之外的一個(gè)流行方面。如果不太懂的話，可以考慮把自己品牌的飲料放在便利店里，味道類(lèi)似于某個(gè)氣林。原因也差不多。