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    國內各地紛紛上馬晶圓制造廠,建一個晶圓廠需要多少錢?

    2022-05-20 17:34 互聯網綜合

    導讀:按照之前機構的說法,一個大的Fab花在布局設置上的費用就需要幾十億美元。

    芯片制造,應該是當前最具科技含量的產業之一了。而把砂子,通過上百道工序,最終變成芯片,可以說是真正凝聚著人類最前端的技術結晶。而建立一個晶圓廠,不僅需要漫長的工期,先進的技術,還需要大量的資金,可以稱之為真正的“燒錢游戲”。那么問題就來了,建立一個晶圓廠,究竟需要多少錢?我們知道,從作為原料的沙子,到最后成品的芯片,是一條非常漫長的產業鏈。而晶圓廠,最終從事的工序,主要就是將IC設計企業設計好的芯片,刻畫到晶圓上,最終成為一塊一塊加工好的晶圓,再切割成Die裸芯片。這一個過程,也稱之為前道工序,這里至少有8個關鍵流程,分別是擴散、薄膜沉積、光刻、刻蝕、離子注入、CMP拋光、金屬化、測試。

    很多人理解的是,晶圓廠所需要的資金,更多的是在這些設備上,比如光刻機、刻蝕機等。但事實上,設備成本,其實只占整個晶圓廠成本的60%左右。在晶圓廠建設的所有成本中,土建等至少也占到40%左右。一家大型的晶圓廠,會根據不同的工作類型,分為不同的工作區域,而不同的工作區域,對環境等的要求又是完全不一樣的。而晶圓廠中,除了技術過硬,環境保證與制造同樣重要。比如為了控制制造過程中不能接受的沾污,半導體產業開發、使用了凈化間,或者叫無塵間,他們的級別比手術室還要嚴格10倍。

    而為了搞定這個無塵間,需要用超級潔凈空氣將芯片與外界環境隔離,它會在所有的出入口中,所有的與外連接的地方,裝上各種各樣的濾網,對外來風氣進行處理。而任何無塵間,只要人的參與過多,就一定會產生污染,人可以說是無塵間最大的污染來源,所以晶圓廠,一般都會想辦法提高自動化與機械化減少人員參與,這也涉及到機房的各種布局、建設、改造等,這都是巨大的開支。

    按照之前機構的說法,一個大的Fab花在布局設置上的費用就需要幾十億美元。而從當前各大晶圓廠商的平均投資來看,一個7nm晶圓廠生產線,不算很復雜的話,其投資總金額超過100億美元。而一個28nm的晶圓廠,其投資至少超過30億美元。而一個復雜一點的先進工藝的晶圓廠,超過200億美元也是可能的,要看具體的產能、規模來計算,但這個最低門檻是要保證的。

    眾所周知,過去的幾年間,中國大陸的芯片產業是高速發展,特別是晶圓制造方面,目前已經有三大企業,進入了全球晶圓代工廠的前10名,分別是中芯國際、華虹集團、晶合集成。

    而去年國內一共生產了集成電路3594億塊,同比增長37.48%,而出口集成電路3107億個,同比增長19.59%,同時出口金額為1537.9億美元,同比增長31.90%。

    這些數字,都是國內芯片產業高速發展的最好的證明。

    不過,大家在興奮的同時,也要關注到一個事實,那就是國內芯片產業的發展,離不開外資們的努力,本土企業的發展,還需要更快才行。

    如下圖所示,這是當前國內10大晶圓廠(只說能制造芯片的企業,包括IDM,不含Fabless)的排名情況,這10大廠商是當前銷量最高,也是產能最高,出貨量最高的十大晶圓制造企業,也最能代表當前的格局。

    這10大企業中,有5家是外企,分別是三星、英特爾、SK海力士、TSMC、聯芯。而大陸本土的企業也占5家,分別是中芯國際、華虹、華潤微電子、西安微電子所、武漢新芯。

    而大陸最牛的中芯國際,只能排在第3名,排在三星、英特爾之后。

    更值得注意的是,從銷量額來看的話,這5大外資晶圓廠,占到這Top10企業銷售額的70%+,本土的這5大晶圓企業,占比低于30%。

    更值得大家注意的,在2016年的時候,Top10的晶圓企業中,本土企業同樣是這5家,但這5家在當時的份額其實是占到44%左右,但如今低于30%了……這說明,外資企業的產能增長,其實是大于本土企業的產能增長的。

    近年來,國內各地紛紛上馬晶圓制造廠,各級地方政府盲目支持項目上馬。除了12英寸、8英寸晶圓制造廠,大陸近年來,依靠民營資本興建的眾多6英寸和4英寸晶圓廠,今年也將有多條6英寸和4英寸產線投產。

    美國目前建造的晶圓廠數量少于世界其他地區,也正因此,為了解決這一問題,美國專門針對半導體產業提交了CHIPS法案,但是根據substack.com的統計報告顯示,相對于全球其他地方,美國晶圓廠建設的周期更長,這也許是各家公司考慮在亞洲等地區興建新的晶圓廠的重要原因之一。

    由于晶圓廠獨特的基礎設施要求以及大型建設項目必須的監管流程,半導體晶圓廠的建設需要數年時間。從 1990 年到 2020 年,全球大約有 635 座新建半導體工廠建成,平均建設周期為 682 天。該時間表不包括預先許可和施工前的考慮,因此晶圓廠的實際建設周期平均超過了兩年。

    建造新晶圓廠所需的時間存在相當大的區域差異。日本(584 天)和韓國(620 天)建造晶圓廠的平均速度明顯快于世界其他地區。美洲是半導體設備商的主要所在地,但其建造晶圓廠的速度顯著降低,平均耗時 736 天,比日本長約五個月。而在五個月內,三星和臺積電等代工廠可以生產大約 500,000 片晶圓。

    從 1990 年到 2020 年,在美國建造新晶圓廠所需的時間增加了 38%,從 1990 年到 2000 年的平均 665 天(1.8 年)上升到 2010 -2020年的 918 天(2.5 年)。與此同時,美國新建晶圓廠項目總數減半,從 1990-2000 年的 55 個晶圓廠項目減少到 2010 年至 2020 年的 22 個。

    與其他地區相比,美國新晶圓廠項目總數的下降以及緩慢的速度非常令人印象深刻。例如,在中國,新晶圓廠項目總數從 1990-2000 年期間的 14 個增加到 2010-2020 年期間的 95 個。與此同時,中國這些晶圓廠項目從開工到投產的平均天數從 2000-2010 年的 747 天(2 年)減少到 2010-2020 年的 675 天(1.85 年)。中國正在建造更多的晶圓廠,并且建造速度顯著加快。

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