半導體制造技術如何緩解電子元器件過時難題？

如果把芯片看成一幅完整的“拼圖”畫，這幅“拼圖”畫由許多小“拼圖塊”構成，每個小“拼圖塊”都至關重要，一旦出現(xiàn)問題都可能會導致整個產品過時。這些“拼圖塊”多種多樣， 涵蓋了從業(yè)務收入到半導體產品的各個子部分，比如代工技術、封裝方式、基板或引線框架的選擇、測試平臺及設計資源等。

此外，這些“拼圖塊”還包括半導體公司的整體戰(zhàn)略方向或市場焦點。隨著時間的推移，半導體公司的市場焦點可能會發(fā)生改變，但那些長期合作的系統(tǒng)公司(如客戶)，他們的產品重點可能并不會輕易改變。因此，在評估產品選擇所帶來的長期供應風險時，我們必須意識到，原始組件制造商(OCM)提供的零件編號信息，其涵蓋的范圍遠超過了商用工具所提供的物料清單(BOM)健康報告所能涉及的內容。

制造供應鏈如何影響產品的長期可用性？

大多數(shù)傳統(tǒng)半導體產品都采用引線框架封裝形式，如DIP、PLCC、QFP和PGA等。如今的半導體市場已不再將引線框架封裝作為主要的產量驅動因素，而是逐漸轉向基于基板的組裝方式。

·行業(yè)逐漸放棄引線框架組件裝的原因

要深入理解引線框架組件逐漸消失原因，我們需要從組裝基地的歷史、利潤率的變化，以及行業(yè)發(fā)展趨勢等多方面進行綜合考察。

早在20世紀80年代，離岸外包的潮流就已悄然興起。當時，臺積電尚未憑借卓越的代工技術在半導體行業(yè)嶄露頭角。海外組裝主要受成本因素驅動，同時也受到環(huán)境限制的影響，因為當時的組裝工藝不像現(xiàn)在這樣清潔。隨著行業(yè)競爭日益激烈，眾多引線框架供應商在競爭中逐漸被淘汰，只有那些規(guī)模最大的供應商才能勉強維持盈利。如今，引線框架的利潤率已經(jīng)跌至個位數(shù)，而大多數(shù)半導體公司的利潤率卻接近50%。

20世紀90年代和21世紀初，在高速IO(輸入/輸出)和BGA(焊球陣列封裝)組裝的推動下，引線框架組件的產量達到歷史頂峰。不過，隨著高速IO標準(如PCI-e、多千兆以太網(wǎng)、SATA、SAS等)的相繼問世，大家發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的引線鍵合技術成為限制器件性能的關鍵因素——高速IO標準和其他新標準都設立了明確的性能路線圖，但引線鍵合技術卻難以達到這些性能要求。

同時，隨著器件速度的大幅提升，其功耗也相應在增加。引線鍵合將電力從芯片外部分配到核心，但對于20世紀90年代開始普及的高性能產品來說，僅從芯片外部供電無法滿足日益增長的電力需求。

為了解決這一難題，倒裝芯片和BGA封裝基板應運而生，這些技術通過直接向核心供電，消除了對引線鍵合的依賴，從而有效緩解了電力分配的挑戰(zhàn)。這一方案不僅提升了電力傳輸效率，還實現(xiàn)了更好的信號完整性，使得器件能夠符合高速SerDes（串行器/解串器）標準的要求。

進入到21世紀初，隨著引線框架組件的產量逐漸減少，一種新型的低引腳數(shù)封裝方式——QFN封裝開始嶄露頭角。QFN封裝是一種基于基板的組裝方式，使用引線鍵合技術將芯片連接到引線。這種封裝方式的出現(xiàn)，標志著半導體封裝技術正朝著更高效、更先進的方向發(fā)展。

時至今日，基板組件的產量已遠超引線框架組件。此前，修剪和成型工具是封裝廠成本支出最大的引線框架加工設備。隨著引線框架組件產量縮減，基于基板的組裝方式成為主流。封裝廠從引線框架組裝轉換為基板組裝，需要換修剪和成型工具，而它們的利潤率只有個位數(shù)，該盈利能力難以支撐其徹底放棄引線框架組件。

業(yè)界之所以選擇摒棄引線框架組件，原因在于技術性能要求零線鍵合，且繼續(xù)生產低產量的引線框架組件成本過高。這不僅是出于經(jīng)濟因素的考量，更是技術進步的必然結果。

一旦組裝方案得以確定，測試方案也要緊隨其后進行調整。我們要緊密關注測試技術中的相似發(fā)展趨勢，以確保平穩(wěn)過渡到基板組裝測試。如果基板組裝測試中存在不銜接的問題，可能會導致技術落后問題的出現(xiàn)。目前，市場上最新的生產測試設備主要服務于基于基板的組裝，而所有旨在減少批量生產成本的措施，也主要圍繞著基板組件來展開。

但值得注意的是，隨著產量的逐漸減少，OSAT(外包半導體封裝和測試)工廠在針對小批量生產進行測試時面臨的挑戰(zhàn)日益增大。尤其是在那些以引線框架為基礎的產品中，這種挑戰(zhàn)尤為明顯。

·僅收購OSAT供應鏈，無法滿足客戶長期需求

在晶圓供應充足的情況下，如果一家公司通過僅收購現(xiàn)有的OSAT供應鏈，來為客戶提供同一款半導體產品，這種情況能夠長期持續(xù)嗎？

羅徹斯特電子公司認為這種方案只是短期的權宜之計。回顧前文提到的“拼圖塊”，它包含了從引線框架、組裝到測試的全部環(huán)節(jié)。在OSAT供應鏈中，一旦某個環(huán)節(jié)在經(jīng)濟上顯得不再可行，那么這個環(huán)節(jié)就很可能被淘汰。這是因為任何支持OSAT供應鏈管理的公司，都無法推動產品的大規(guī)模生產，這增加了技術過時的風險。因此，OSAT廠商無法像原始組件制造商(OCM)那樣，利用相同水平的產品延續(xù)性。短期內，OSAT供應鏈管理或許能夠維持產品的生產，但從長遠來看，這種做法并不可持續(xù)。

與授權的半導體制造商合作可以有效降低組件過時或停產帶來的風險。當某個元器件停產時，獲得許可的制造商能夠繼續(xù)生產這些不再由OCM供應的器件。此時，OCM會將剩余的晶圓、裸芯、組裝流程，以及原始的測試知識產權(IP)轉移給授權制造商。這意味著，即便是之前已經(jīng)停產的元器件，現(xiàn)在也能被重新制造出來，而且完全符合原始的規(guī)格要求。更為便利的是，這種合作方式無需進行額外的資格認證或軟件更改，從而大大簡化了生產流程。