晶圆厂在模拟市场中发挥更大的作用

作者：Dave Lammers戴夫-拉默斯

越来越多的模拟和混合信号IC是在GLOBALFOUNDRIES这样的代工厂生产的。

说到对半导体行业的评论，我们生活在一个大D（数字）、小A（模拟）的世界里，前沿的数字技术获得了大部分的关注。虽然模拟和混合信号集成电路占芯片行业收入的15%--2016年为480亿美元--但关于它们如何制造的文章却很少。一个主要原因是，直到最近，大多数模拟部件都是用旧技术制造的。

但这种情况正在改变。

Semico Research（凤凰城）的总裁Jim Feldhan说，混合信号芯片正在增加更多的数字内容，从而导致更大的芯片，导致使用更先进的工艺技术来控制芯片尺寸。"他说："我们过去常说大A、小D，但现在增加了很多数字电路。

模拟和数字功能的整合也导致了使用300毫米晶圆来控制成本。Feldhan说："这鼓励了更多的代工使用，"他补充说，很少有模拟集成电路公司能够负担得起建立300毫米晶圆厂。

德州仪器等公司已经转向300毫米制造大批量的模拟零件，但很少有模拟公司有资金建设和填充300毫米工厂，他补充说。

财务状况在其他方面也在发生变化。Feldhan说，模拟公司曾经享有令人羡慕的毛利率，但在过去五年中，竞争的加剧使平均销售价格（ASP）大幅下降，根据Semico Research的数据，模拟公司的ASP从2011年的46美分降至去年的平均36美分。平均售价下降了25%，导致更多的模拟公司将其投资用于产品开发，而减少对昂贵的产能扩张的投资。

"模拟公司正遇到数字集成电路公司一直以来所面临的同样问题。他们的利润率相当紧张，因此他们不可避免地把重点放在产品开发上，而更多地转向代工厂，"Feldhan说。

GF主要通过两种方式来应对这些趋势：扩大模拟和混合信号的产能，以及加速其技术路线图。公司在中国成都的300毫米晶圆厂--11号晶圆厂，将增加180纳米和130纳米的生产能力，以及22纳米全耗尽SOI（22FDX®）产品，预计混合信号将得到广泛的应用。位于新加坡的300毫米晶圆厂--7号晶圆厂，有余力生产130纳米、55纳米和即将推出的40纳米模拟/混合信号工艺。

GF的模拟/电源产品线副总监Mike Arkin说："我们看到了对更多产能的需求。我们预计在未来三到五年内会有大幅度的增长，当我们看到我们的预测时，我们需要更多产能的时候就会到来。在中国的扩张将使GF继续发展其模拟和电源业务"，用于130纳米BCDLite®和180纳米BCDLite产品。

Arkin说，许多模拟和混合信号IDM正在走向轻质或无晶圆厂。
他们正在 "寻找替代方案，以继续他们的路线图，而不需要投资这么多。单个公司不能像代工厂那样保持在跑步机上，所以我们看到更多的IDM来找我们，接触我们，推动我们的路线图，并与我们讨论在GF工艺中的设计。"

另外，更多的初创公司正在瞄准电源管理。"有一些初创公司有着没有人做过的出色想法。在某些情况下，他们从大学背景出来，正在寻找过程方面的帮助，"Arkin说。

而且，那些没有在电源领域存在的老牌公司正在设计解决方案。"他说："那些没有电源业务的公司需要代工厂，不仅仅是今天好的混合信号工艺，还需要一个积极的未来路线图。

添加选项和新节点

GF既提供双极-CMOS-DMOS（BCD）工艺，其特点是深沟隔离和支持更高的电压，也提供成本更低、电压更低的BCDLite。(BCDLite是一种专利的工艺技术，只有GF才能提供）。

由于隔离结构不太复杂，BCDLite工艺的成本效益更高，而且其额定电压比传统的BCD低。BCD有一个埋入地下的N层和深沟隔离，而BCDLite则使用三井隔离方案，为不需要高水平隔离的客户减少成本。

Arkin说，与BCD工艺相比，一些公司可以安全地使用BCDLite工艺并降低成本。

"许多使用BCD的客户是厌恶风险的。他们可以使用BCDLite，与BCD的85V相比，BCDLite的工作电压高达30至40伏，并且仍然有一个强大的设计。例如，无线充电可以利用BCDLite进行面向消费者的应用。其他工业客户正在考虑使用汽车级的BCD工艺，以保证在高温环境下使用。Arkin说："并没有硬性规定。

BCDLite是一个面向消费者的工艺，但Arkin说："随着汽车驱动的新应用，客户发现他们可以把他们的消费者使用的设计带到BCD汽车工艺（1级和0级），以获得他们设计的汽车版本。这类似于传统CMOS逻辑工艺为汽车Gr1级应用提供资格和市场的方式"。

拓展流程路线图

自2010年以来，GF已经累计交付了230万片BCDLite晶圆。阿金说，它在模拟代工业务中是 "稳固的第二名"。

"GF今年正在积极推出亚100纳米BCDLite，"Arkin说。"我们正在投资，将我们的模拟和电源专业技术带到更小的节点，补充我们现有的CMOS技术。"

还有一系列其他的进展（见工艺选项表），在130纳米BCD和BCDLite节点提供SRAM和非易失性存储器选项，以及180纳米的高压和超高电压（UHV，高达700V）产品。

更少的芯片，更小的外形尺寸

Feldhan说，随着系统公司寻求缩小其手机和其他消费产品的外形尺寸，他们正在与IC供应商合作，将更多的数字内核集成到他们的电源管理产品中。"他补充说："通过在系统板上放置更少的芯片，这就减少了组装时所需的回流焊量。

阿金说，世界各地的政府越来越多地要求减少能源使用。"事情的发展速度比十年前快，那时电力是平的。2007年是一个分水岭，能源之星®4.0增加了对计算机的80 PLUS®要求。就在那时，电源管理市场开始更多地转向效率和技术差异，而不仅仅是成本、成本、成本"。

BCDLite的未来  

"随着BCDLite被整合到更小的工艺几何中，它对电池供电的手持设备，如智能手机、智能手表、葡萄糖监测仪和许多其他设备变得特别有趣。"

为了减少这些系统的外形尺寸，Arkin说IC供应商 "正在努力以新的和有趣的方式整合设备，在插座上增加功能。这种功能的实现大多是在模拟或电源的基础上增加数字功能"。

他说，下一个节点的BCDLite工艺是在锂离子电池上运行的系统的 "理想"。由于模拟功能在大多数情况下不像数字功能那样强大，供应商在模拟或电源功能的基础上增加数字功能，必须处理成本与芯片尺寸之间的挑战。"Arkin说："当他们横向增加数字功能时，他们必须考虑他们能在一个芯片上装多少东西，并且仍然具有成本效益。

一个具有强大数字设计能力的主要模拟和混合信号客户拥有支持Force Touch界面的解决方案，它为用户与触摸屏的互动提供了更复杂或更丰富的方式。但这是有代价的，将越来越多的数字内容与模拟功能更紧密地结合起来。

通过Force Touch和其他 "传感器敏感 "功能，Arkin说："下一个节点的BCDLite工艺将支持更多的处理能力，并与模拟功能放在一起。GF正在研究这样一种工艺，以进一步扩展传感器敏感功能。"

汽车是另一个快速发展的市场。GF汽车集团的副总裁Mark Granger说，BCD和BCDLite正在考虑新的汽车应用。"电源管理在EV（电动汽车）能够提供最高效率方面发挥着越来越重要的作用，因为它们将电池电量转化为推动力。有很多地方可以使用这种技术来实现非常高效的电力输送系统。"