順勢而為 博世300mm晶圓工廠投產在即

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隨著去年新冠肺炎疫情的全球爆發，在家工作已經成為藍星國家的普遍操作，因此工廠減產或停產的消息也并不少見。在新冠肺炎為全球發展按下“暫停鍵”幾個月后，各種汽車公司逐漸開始恢復生產。但芯片短缺甚至相繼停產的消息令人擔憂，影響了整車的成交價格。

與此同時，汽車行業正在快速向“新四化”轉型，智能化、自動化是車企和頭部供應商的戰場。從整車生產到智能座艙和“自動駕駛”方案的商業化，芯片供應不可或缺，原材料需求大幅增加。當然，也有好消息。例如，博世在德累斯頓的新晶圓廠即將投產，首批芯片將于7月下線，比預期提前了6個月。

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對于半導體及相關產業來說，晶圓是產品和技術發展的基礎。但晶圓生產遠高于“切雞”的門檻，營造無塵環境是基本條件，否則會影響晶圓的良率，電子元器件和電路也會有缺陷。

一般潔凈室的氣壓會比外界高，從而保證空空氣中的污染物不會被吹進潔凈室。純水、特殊氣體等。生產所需的物料將通過相應的管道輸送到設備中，最大限度地避免雜質污染。

無塵條件滿足后，我們再談晶圓制造。一般來說，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，即常見的巖石和礫石。

晶圓生產的原材料對我們來說似乎很熟悉空，但只有在工廠里經過提煉和提純，才能成為真正的原材料。就像從農貿市場或者超市買的鮮肉，回到家就要用水清洗，去掉筋膜，關注的朋友也會為了讓原料更干凈而酸肉。關鍵是全球能制造電子級硅的企業不到100家，其中95%的市場被晶圓廠壟斷，可以說是一個門檻。

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

這個過程類似于電影時代在暗房里沖洗照片。這項技術本身并不是每個人的技能。除此之外，晶圓生產還需要掩模對準器。掩模對準器的性能將影響單位面積晶圓的晶體管密度，決定一個企業能否生產高端芯片。

最后，乍一看像鏡子，其實是大量芯片集合體的晶圓。根據集成電路的不同用途，通過檢查、測試、切割和封裝，形成不同的電子元件。目前能生產12英寸晶圓的廠商主要使用荷蘭ASML的掩膜版對準器，掩膜版對準器本身產能有限、價格高昂是門檻，更別說一些國家用掩膜版對準器“卡”別人脖子了。另一方面，晶圓廠需要巨大的資金、技術、人員等投入。奇怪的是，“有錢人”做的稀世珍寶卻無人問津。

■蜜汁操作真的很揪心。晶圓廠不喜歡和汽車公司玩。

在半導體行業，供應短缺是常態，主流晶圓廠會生產直徑200mm和300mm的晶圓。根據行業慣例，它們分別被稱為8英寸晶圓和12英寸晶圓。但在產能安排上，12英寸晶圓是主流，占全球晶圓總產能的80%。

對于晶圓廠來說，芯片就是最終產品。從晶片上切下芯片類似于把蛋糕分成小塊。浪費的部分越少，意味著利潤越高。在生產相同工藝的芯片時，12英寸晶圓的產量是8英寸晶圓的2.385倍。用IHS Markit高級分析師Phil Amsrud的話來說，“12英寸晶圓的利潤比8英寸晶圓高50%左右”。

一般來說，工藝低于90納米的芯片將來自12英寸的晶圓。比如采用5nm工藝的蘋果A14，驍龍888處理器等。汽車常用的電子元器件，如MCU微控制器、ESP車身穩定控制單元等，大多采用90、100、130nm工藝，28nm工藝就是一個例子。對于車企的需求，晶圓廠成本更低、技術更成熟的8英寸晶圓生產線就足夠了。

不僅如此，晶圓廠的制造工藝也需要不斷改進，以滿足市場需求。相對于MCU等生產工藝不先進、主要靠數量的元器件，如何提升自身實力，獲得蘋果、索尼等大廠的下一代產品訂單，是晶圓廠喜歡思考的問題。畢竟iPhone和PS系列游戲機的出貨量更讓人印象深刻，5nm、3nm等先進技術也會給芯片代工廠帶來亮點。

在計算能力方面，40nm和28nm工藝芯片可以提供1TOPS的計算能力，而汽車芯片的計算能力基本是每秒幾十億次，與1TOPS相差甚遠。隨著駕駛員輔助系統和智能座艙的發展，對車規芯片計算能力的要求越來越高。以高通8155和英偉達DRIVE AGX Orin芯片為例，它們的計算能力分別為360和254TOPS。

話雖如此，也解釋了為什么大眾、通用、特斯拉等眾多車企。，均缺“芯”且因MCU供應故障停產。部分原因是，在全球爆發新冠肺炎疫情期間，一些汽車公司看到銷量下降，自愿取消了電子元件訂單。同時，家庭辦公的興起帶動了筆記本電腦、平板電腦等一系列電子產品的消費。不良產能空出現，對喜歡的領域需求大幅增加。“未來”和“金錢”的結合讓晶圓廠無比開心。后疫情時代，車企開始加碼電子元器件訂單，導致了排隊問題，每個人都要為有限的8英寸晶圓產能排隊。抱怨提價提車，或者等幾個月看不到車的朋友，想想“好處”。可能車企在等，比你還慘。

雖然火災、干旱等不可抗力因素是芯片短缺的原因之一，但利潤和市場需求是晶圓廠調整產能的決定性因素，更不用說還要開發新技術才能跟上時代。就像在私人餐廳點專屬特價需要提前預約一樣，增加“非主流”生產線，商家用它可以翻好幾桌，不劃算。

■Tire1博世的新晶圓之旅

說到德國的博世，大家都很熟悉。其業務包括但不限于汽車、工業等領域，也是眾多汽車企業的一級供應商。像可以單手握持的家用電鉆和ESP車身穩定控制系統，這些都是博世的杰作。

1995年和2010年，該廠分別引進了150毫米和200毫米晶圓制造技術，即6英寸和8英寸晶圓。除了滿足汽車電子元器件的自產自銷需求，博世還涉足智能手機、筆記本電腦、無人機、可穿戴設備等領域的芯片供應。具體來說，從1978年推出的ABS防抱死模塊，到壓力傳感器等MEMS微機電系統，博世Reutlingen工廠可以生產各種產品。

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隨著智能網聯和“自動駕駛”相關功能在汽車上的普及，每輛汽車中半導體元器件的數量和成本都在逐年增加，這對博世的晶圓生產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130多年來歷史上最大的單筆投資，也是博世邁向工業4.0的起點。未來歐洲三分之一的芯片將來自這里。

根據計劃，博世德累斯頓晶圓廠將于7月開始生產，比原計劃提前6個月。新工廠生產的半導體將應用于博世電動工具，汽車芯片的生產將于9月份開始，這也比原計劃提前了3個月。

來自工廠設備、傳感器和產品的所有數據都記錄在中央數據庫中，每秒生成的生產數據相當于500頁文本。一天之內，數據總量超過4200萬頁。這些數據將由人工智能進行評估。

從晶圓到芯片，整個過程將經歷700道工序，耗時10周。在新工廠中，晶圓運輸過程已經完全自動化，工廠面積數萬平方米后將提供700個人工站。當然，根據相關數據顯示，12英寸晶圓加裝載機的重量超過了人工運輸的裝載極限，這可能是12英寸晶圓廠需要高度自動化的原因之一。

作為眾多車企的一流供應商，目前在智能網聯和“自動駕駛”對汽車芯片提出高需求、高要求的情況下，自建工廠是博世面向未來，盡可能避免市場供需帶來的價格波動的最佳選擇。12英寸晶圓的生產不僅可以最大限度地提高單位面積晶圓的利潤和生產率，還可以為未來更先進的制造工藝鋪平道路。

寫在最后

汽車智能化、自動化的背后，是芯片、軟件等相關技術的持續加碼。與其說前段時間的芯片緊急事件暴露了半導體行業的產能問題，不如說只是暴露了汽車芯片與電子產品CPU等元器件的技術差異。將價格話語權掌握在自己手中，是傳統供應商和原始設備制造商都會想到的。擁抱新技術和行業發展趨勢可能是傳統之外的一個流行方面。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，味道類似于某個氣林。原因也差不多。