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为什么 45 纳米至 130 纳米的工艺节点很重要

  2024-05-23 阅读:30

如今,一颗芯片可以集成数十亿个晶体管,晶体管排列越紧密,所需的工艺节点就越小,某些制造工艺已经达到 5 纳米甚至更小的节点。

而实际上,在我们日常使用的大部分模拟和嵌入式电子设备中,普遍采用 45 纳米至 130 纳米的工艺节点。

德州仪器模拟信号链业务部高级副总裁 Hagop Kozanian 表示:“无论是汽车、工业应用,还是笔记本电脑和手机的电路板,几乎在每一个电子系统中,都有半导体的应用;但其中大部分并没有也不需要采用较小的节点尺寸,在大多数设计中,采用 45 纳米及以上的工艺节点已经能让半导体实现出色的性能。对于许多模拟器件设计而言,一味地缩减尺寸不仅会降低性能,还会增加成本。”

详细了解德州仪器在 45 纳米至 130 纳米工艺节点产能方面的投资。

工欲善其事,必先利其器

模拟信号链和电源产品的节点尺寸并非越小越好,相反,推出一款优质的器件,需要根据其特定的需求来确定合适的设计和制造的方法、工艺。

正如 Hagop 所言:“在半导体行业中,为了满足多样化的应用需求,我们需要各种专用芯片。就大部分应用场景而言,芯片的节点尺寸并非最关键的因素。我们在45 纳米至 130 纳米工艺技术上的投入,能够助力我们实现高压条件下的高精度性能,从而提高雷达系统等应用中的表现,并让高性能服务器能够承载更多电力。”

Sameer Pendharkar quote

电压与节点尺寸之间的关系比较复杂。采用较小节点尺寸的芯片,运行时所需电压很小,通常仅为数年前同类芯片运行很小一部分。然而,在模拟传感器器件中,电压越低意味着需要更多的硬件来进行信号转换,这可能会导致误差和延迟。

德州仪器先进技术开发副总裁 Sameer Pendharkar 表示:“在一些工业和汽车应用中,我们实际上倾向使用更大尺寸的工艺节点,来更好地支持电压高一点的器件。这类器件可以更好地实现高效供电,同时减少铜线的用量。”

德州仪器能够实现具有数字信号处理功能和无线功能的全集成微控制器,正是得益于在 45 纳米先进节点制造技术的投资,尤其是针对以上三种产品的投入。

工欲善其事,必先利其器

 “我们会根据产品特性有针对性地来优化工艺节点,在一个典型的德州仪器的微控制器、无线连接和雷达器件上,经过模拟和射频优化的晶体管占据芯片面积的 60% 以上。在工艺节点数字晶体管尺寸缩小的时候,这些晶体管并不会随之缩小,因此更小的工艺节点不会带来任何显著优势。” 德州仪器嵌入式处理业务部高级副总裁 Amichai Ron 说,“这对于客户而言,在没有提升产品性能的前提下,却让成本增加了。”

做有意义的投资

要在 45 纳米至 130 纳米工艺节点领域保持领先地位,需要开发和掌握为德州仪器产品量身定制的工艺技术,同时还要确保在客户需要时提供充足的产能。

Amichai 表示:“在汽车和工业等行业,客户需要我们的产品可以使用数十年,而非仅仅几年。德州仪器对于工艺配方、工艺流程和制造工厂的投资,能确保我们在未来多年内都能为客户提供稳定的基础半导体芯片供应。”

Amichi Ron quote

德州仪器是目前为数不多的在 45 纳米至 130 纳米工艺节点扩大 12 英寸晶圆投资的半导体公司之一,也是仅有的能够自主支持从设计到交付的全产品生命周期的公司。我们的投资包括:

  • 增加 12 英寸晶圆产能:芯片的生产是先基于大型硅晶圆制成电路,然后切割成单个芯片后封装,然后进行包装。德州仪器近期投资的七座 12 英寸新晶圆制造厂将为产能提供规模、效率和品质的保障,可以支持未来几十年内半导体在电子设备中的持续增长。12 英寸晶圆是当前业内最大且最先进的晶圆尺寸,其产出的芯片数量是 8 英寸晶圆的两倍以上。因此,12 英寸晶圆产能的增加意味着可以在减少每颗芯片在制造过程中消耗的能源和水资源,降低成本和减少总体废弃物的同时,让产量更高。

  • 持续优化工艺技术:加大对 12 英寸晶圆制造的投资与致力于掌握自有工艺技术相辅相成。德州仪器针对 45 纳米至 130 纳米工艺节点研发的方案是量身定制的,它可以让我们持续创新的产品拥有性能更高、功率密度更佳、功耗更低、尺寸更小等诸多优势,始终具有较高的性价比。

  • 提升封装测试能力:德州仪器还在全球范围内拥有并运营多个封装测试厂,这为我们带来了地域多样性的优势,并能更好地控制供应链。我们致力于加大投资,提升封装测试的产能和能力,同时在多个工厂提高制造流程的利用率,为客户提供可靠的供应。

  • 新一代芯片封装:与多数半导体公司不同,德州仪器并不会将所有制造的晶圆都发往第三方或外部代工厂OSAT)进行封装,而是大部分由自有工厂封装。我们拥有数千种标准和先进的封装规格,并且都针对所需尺寸、易用性和性能进行了优化。

Sameer 表示:“这些投资确保了德州仪器自主供应链的稳定性,并为我们的产品提供了合适的技术。随着市场需求增长,我们也做好了准备,迈向更小的几何尺寸。”

保障稳定供应以应对行业蓬勃发展

德州仪器正加大投资力度,计划于 2030 年实现 90% 以上的晶圆制造和封装测试业务自有化。通过拥有和运营自有制造设施,我们能够更好地控制供应链,为全球客户提供更可靠的供应保障。

“这一针对基础半导体的制造创新和精准投资的策略和承诺,对我们至关重要。特别是在满足合适的成本、性能、功率、精度和电压的基础上,这让我们能提供更加广泛的创新产品组合。” Sameer 说到。


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