確保基礎半導體晶片供應的重要性

為何45奈米至130奈米製程節點格外重要

4月 11, 2024

現今數十億個電晶體都可設計在單一晶片上。越緊密地封裝電晶體,所需的製程節點就越小。部分製程使用的節點會小至5奈米(nm)以下。

然而,在我們日常使用的大多數電子產品中,普遍可見的基礎類比和嵌入式半導體均是在45nm至130nm的節點範圍內製造。

德州儀器類比訊號鏈資深副總裁Hagop Kozanian表示:「從汽車與工業應用,到筆記型電腦與手機電路板,幾乎每個電子產品中都包含廣大的半導體生態系統,且大多數都不需要使用最小的尺寸,未來也不會有此需求。大部分只要使用45nm節點以上的製程技術,就可享有最佳性能。在許多類比零件設計中,光是縮減節點尺寸就會使性能降低,並導致價格上升。」

提供適合的工具

追求最小的節點,無法對類比訊號鏈和電源元件帶來助益。相反地,若要向市場提供最佳的元件,代表在設計與製造時,需採用能配合每個元件各自需要的方法與技術。

Hagop表示:「在半導體產業中,需要採用專用晶片來才能滿足各式各樣的應用需求。對於大多數晶片來說,節點尺寸是最淺顯的因素。德州儀器對45nm至130nm製程技術的投資,有助於我們在高電壓下實現高精密度,如此即可在雷達系統與太空衛星等需要傳輸訊號的應用中,實現更佳的性能,並且能滿足高性能伺服器的電力需求。」

Sameer quote

電壓與節點尺寸間的關係相當複雜。以最小節點尺寸製作的晶片,通常都只需要用到幾年前所需電壓的一小部分,即可運作。但是,以類比感測器元件為例,較低的電壓意味著需要透過更多硬體來轉換訊號,並可能導致產生誤差與延遲。

先進技術開發副總裁Sameer Pendharkar表示:「實際上在許多工業和汽車應用中,我們都希望以採用較大的節點尺寸的晶片執行作業,以支援電壓較高的裝置。這類裝置可實現高效率的電力輸送,同時減少系統中銅線的總配線量。」

TI投資先進45nm節點製程,使我們的完全整合式微控制器具備數位訊號處理和無線電功能。

China manufacturing

嵌入式處理資深副總裁Amichai Ron表示:「我們的製程節點均針對我們的產品最佳化。在一般的TI微控制器、無線連接及雷達裝置上,超過 60% 的晶粒尺寸為類比和射頻(RF)最佳化電晶體。即使製程節點數位電晶體的尺寸縮小,這些電晶體的尺寸並不會隨之縮小,因此較小的製程節點並不會因而提供任何顯著優勢,反而會導致我們的客戶取得成本較高卻沒有性能優勢的裝置。」

進行重要的投資

德州儀器在45nm至130nm製程節點領域取得領導地位,歸功於我們開發並擁有專門針對自家產品設計的製程技術,同時也需確保可滿足客戶需求的產能。

Amichai表示:「在汽車與工業等產業中,客戶需要我們產品的時間並非只有短短數年,而是高達數十年。投資自有技術、製程與製造據點,可確保我們能在未來多年,持續提供最穩健的基礎半導體晶片供應。」

Amichai quote

TI不僅是現今少數對45nm至130nm製程節點增加12吋晶圓廠投資的半導體公司,更是唯一一家從設計到出貨,在產品生命週期的每個階段皆能由內部提供支援的公司。我們的投資包含:

  • 增加12吋晶圓產能:晶片的製造首先會在大型矽晶圓上加工電路,隨後再將其切割成個別晶片,並進行封裝。德州儀器近期對七座新12吋晶圓廠的投資,可在規模、效率與品質上滿足電子產品未來數十年持續成長的半導體需求。產業中最大且最先進的尺寸為12吋晶圓,其晶片產量可達8吋晶圓的兩倍以上。因此,增加12吋晶圓的製造意味著可在達到更高產量的同時,減少製造每個晶片所需的能源和用水量、降低成本,並減少整體廢棄物。
  • 最佳製程技術:進一步投資12吋晶圓製造,與我們致力擁有自有製程技術的承諾一致。我們的45nm至130nm製程節點技術專為自家產品所設計,確保我們可提供更高的性能、更佳的功率密度、更低的功率、更小的尺寸等,進而持續以最佳的價格與性能組合,提供最創新的產品。
  • 增加封裝與測試能力:我們也在全球各地擁有封裝和測試廠且負責營運,因此能充分掌控並享有供應鏈的地理多樣性。我們正挹注投資以增加封裝和測試的產能與能力,同時也在多個據點提升我們的製造流程可用性,確保客戶的供應可靠性。
  • 新一代晶片封裝:不同於大多數半導體公司將其所有晶圓產出運送至第三方或委外封裝和測試廠(OSAT)以封裝為晶片成品,德州儀器的大多數產品都是在內部通過數千種標準和進階封裝程序進行封裝,且這些程序均已針對解決方案的尺寸、易用性和性能進行最佳化。

Sameer表示:「這些投資能確保我們的供應能力,並能提供專門針對自家產品設計的技術。我們也已準備好在市場需求上升之際,拓展至較小的尺寸。」

確保為持續成長的產業提供穩定供應

我們持續投資,以期在2030年前有90%以上的晶圓製造以及封裝和測試是由內部負責。透過擁有並營運自有製造據點,我們可妥善控制供應鏈,並且向全球客戶提供更強大的供應穩定性。

Sameer表示:「這項策略,以及針對基礎半導體在最佳條件下實現製造創新的承諾,都是以合適的成本、性能、功率、精密度和電壓水平,來提供廣泛創新產品組合的必備要素。」