自去年下半年以來(lái)，全球半導(dǎo)體因?yàn)樾枨蠖顺掷m(xù)低迷而進(jìn)入下行通道，到目前為止，這樣的趨勢(shì)仍未改變，在這樣的形勢(shì)下，很多公司選擇停止擴(kuò)張，收縮抗寒 ，不過(guò)也有一些公司選擇在未來(lái)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域布局，以期在未來(lái)市場(chǎng)好轉(zhuǎn)時(shí)搶得先機(jī)，意法半導(dǎo)體（ST）就采取了這樣的策略。

近日，意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁、中國(guó)區(qū)總裁曹志平就與電子創(chuàng)新網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)媒體分享了ST未來(lái)3年的制造戰(zhàn)略，總體來(lái)看，ST將持續(xù)發(fā)力以碳化硅、氮化鎵為代表的功率半導(dǎo)體，ST 計(jì)劃在 2022 年至 2025 年間將 12 英寸晶圓的內(nèi)部制造產(chǎn)能擴(kuò)大一倍！

在媒體會(huì)上，他首先分享了一些有趣的半導(dǎo)體制造數(shù)字：例如如果要為整個(gè)晶圓廠的潔凈室換氣，所需的時(shí)間僅需七秒。利用一噸沙子，我們可以制造出5000片8英寸晶圓。如果想知道晶圓廠制造一顆晶片的整個(gè)工序所經(jīng)歷的流程長(zhǎng)度，答案是40公里左右。

而芯片的制造周期是35周左右，因?yàn)樾酒闹圃炝鞒躺婕暗墓に嚭芏?，例?0~30 周是單純的制造時(shí)間，如果將產(chǎn)品從前端運(yùn)輸?shù)胶蠖斯S的時(shí)間，裝卸貨時(shí)間、以及安排交貨所需的所有時(shí)間都考慮在內(nèi)，那么半導(dǎo)體的交貨時(shí)間通常是 20 周到 35 周，甚至到 40 周不等，具體取決于產(chǎn)品的類(lèi)型也就是說(shuō)用8個(gè)月時(shí)間才可以把沙子變成一顆可以使用的芯片。

|ST的制造能力

他表示ST 是一家垂直整合制造商（IDM），是一家涵蓋芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試、銷(xiāo)售和支持的整條價(jià)值鏈的企業(yè)。

“我們?cè)谑澜绺鞯負(fù)碛性S多制造基地。前工序制造基地主要分布在四個(gè)國(guó)家，包括瑞典、法國(guó)、意大利和新加坡。此外，我們還在意大利、法國(guó)、摩洛哥、馬耳他、馬來(lái)西亞、中國(guó)深圳和菲律賓擁有很多封裝和測(cè)試工廠。ST 在全球范圍內(nèi)擁有大約 50,000 至 60,000 名員工，分布在法國(guó)、意大利、亞洲和其他一些國(guó)家及地區(qū)。”他介紹說(shuō)。

據(jù)介紹，ST 擁有豐富的技術(shù)組合，并且大部分技術(shù)都是專(zhuān)有技術(shù)，“我們擁有包括 BCD 在內(nèi)的智能功率技術(shù)。順便提一下，ST 是世界上第一家開(kāi)發(fā) BCD 技術(shù)的公司。

此外， 我們還提供 STi2GaN 和 VIPower，能夠利用專(zhuān)用光學(xué)圖像傳感器制造工藝等。

就功率技術(shù)而言，我們提供功率 MOSFET、 IGBT、碳化硅 （SiC）和氮化鎵（GaN）。我們還擁有特殊的 MEMS 技術(shù)，以及模擬和混合信號(hào)技術(shù)。就數(shù)字化技術(shù)而言，我們擁有 FD-SOI 技術(shù)。我們還可以與代工廠合作，提供 FinFET 技術(shù)。就閃存技術(shù)而言，ST 擁有許多聚焦嵌入式閃存、CMOS 的特殊技術(shù)。

我們還擁有射頻 CMOS 和 BiCMOS 技術(shù)，由于這些技術(shù)能夠提供特有的防輻射功能，非常適合制造衛(wèi)星相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。就封裝技術(shù)而言，我們能夠非常靈活地提供包括引線框架、層壓板、傳感器模塊、晶圓級(jí)等所有技術(shù)在內(nèi)的優(yōu)選組合。”他強(qiáng)調(diào)。

他指出，ST 的工廠不僅僅是單純的工廠。ST已經(jīng)將技術(shù)研發(fā)融入到了每個(gè)工廠當(dāng)中，同時(shí)ST擁有專(zhuān)注于研發(fā)設(shè)計(jì)的設(shè)施— —在 ST 的很多制造基地，這些研發(fā)設(shè)施距離我們的生產(chǎn)制造廠房很近。因此，ST的工廠不僅僅專(zhuān)注于產(chǎn)品制造，還擁有大量專(zhuān)注于研發(fā)設(shè)計(jì)的人員，以推動(dòng)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。

他還強(qiáng)調(diào)，ST不僅專(zhuān)注于晶圓技術(shù)的研發(fā)，也專(zhuān)注于封裝和測(cè)試的創(chuàng)新。此外，ST還與封測(cè)代工廠（OSAT）合作，通過(guò)封測(cè)外包的形式，利用最新的技術(shù)持續(xù)推動(dòng)創(chuàng)新，以滿足終端市場(chǎng)，例如智慧出行、電源與能源，以及物聯(lián)網(wǎng)&互聯(lián)等市場(chǎng)的需求。

|ST未來(lái)制造戰(zhàn)略

他表示ST 計(jì)劃在 2022 年至 2025 年間將 12 英寸晶圓的內(nèi)部制造產(chǎn)能擴(kuò)大一倍。

“由于汽車(chē)電動(dòng)化和可再生能源領(lǐng)域?qū)μ蓟瑁⊿iC）的需求特別大，因此我們也在投資碳化硅技術(shù)。此外，我們也在持續(xù)投資氮化鎵（GaN）。目前我們專(zhuān)注于提高 8 英寸晶圓的內(nèi)部研發(fā)能力，計(jì)劃在 2023 年實(shí)現(xiàn) 8 英寸晶圓的內(nèi)部制造?！彼赋?，“就 12 英寸晶圓產(chǎn)能而言，我們斥巨資投資了兩個(gè)工廠。一個(gè)工廠位于法國(guó)的克羅爾，另一個(gè)則位于意大利的阿格拉特。

之前我有提到，我們的目標(biāo)是在今年的產(chǎn)能基礎(chǔ)上，截至 2025 年將 12 英 寸晶圓的產(chǎn)能提高一倍。就寬禁帶半導(dǎo)體的產(chǎn)能擴(kuò)張而言，我們正在意大利卡塔尼亞工廠投資碳化硅技術(shù)。這個(gè)畫(huà)面右上角是我們?cè)?2022 年 10 月 5 日拍攝的照片。畫(huà)面中右下角是我們?cè)诜▏?guó)圖爾投資的氮化鎵工廠。這些就是我們進(jìn)行 12 英寸晶圓和寬禁帶產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)張的主要工廠。”

FD-SOI工藝是全耗盡型絕緣層上硅技術(shù)的縮寫(xiě)，它也是FinFET工藝發(fā)明者胡正明教授發(fā)明的工藝技術(shù)，優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)極低的功耗，近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的全面爆發(fā)，低功耗技術(shù)需求增大 ，很多需要低功耗的器件轉(zhuǎn)向這個(gè)工藝，造成FD-SOI制造產(chǎn)能?chē)?yán)重不足，雖然格芯已經(jīng)擴(kuò)大了在德累斯頓的產(chǎn)能但還是不能滿足客戶需求。

曹志平表示ST 是 FD-SOI 技術(shù)創(chuàng)新的先行者，已經(jīng)生產(chǎn) FD-SOI 芯片多年，為各種終端市場(chǎng)提供定制和標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)產(chǎn)品。特別值得一提的是，該技術(shù)支持汽車(chē)行業(yè)的全數(shù)字化和軟件定義汽車(chē)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，以及無(wú)人駕駛技術(shù)。他說(shuō)我們期待與市場(chǎng)領(lǐng)先的研發(fā)機(jī)構(gòu)合作開(kāi)發(fā)下一代 FD-SOI 技術(shù)，為我們的客戶克服在向全數(shù)字化轉(zhuǎn)型和支持低碳經(jīng)濟(jì)過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)賦能。

2022年7月，意法半導(dǎo)體和格芯宣布，雙方將在意法半導(dǎo)體現(xiàn)有的法國(guó)Crolles 12英寸晶圓廠附近建立一個(gè)新的12英寸晶圓聯(lián)營(yíng)廠，該工廠的目標(biāo)是到 2026 年提高到最大產(chǎn)能，在建成后，最高年產(chǎn)能將達(dá)每年62萬(wàn)片12英寸晶圓 (意法半導(dǎo)體約占 42%，格芯約占58%)。

曹志平特別強(qiáng)調(diào)當(dāng)這個(gè)工廠投入使用后，它將成為全球半導(dǎo)體行業(yè)清潔工廠的標(biāo)桿?！癝T 所有工廠和格芯所有晶圓廠（包括格芯德國(guó)德累斯頓工廠）都通過(guò)了 ISO 環(huán)境和能源管理認(rèn)證。通過(guò)這個(gè)新工廠，我們旨在減少大量的能源消耗和溫室氣體排放?！彼硎?。

他還表示，ST會(huì)把碳化硅襯底制造廠整合到ST的整體制造戰(zhàn)略當(dāng)中?！氨娝苤?，如今碳化硅的需求量很大，半導(dǎo)體行業(yè)很難提供足夠的碳化硅。其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是來(lái)自襯底。因此，ST 已制定計(jì)劃并采取實(shí)際行動(dòng)，將碳化硅襯底整合到碳化硅器件和技術(shù)的整個(gè)制造戰(zhàn)略當(dāng)中。2019 年，我們收購(gòu)了一家名為 Norstel 的公司。

目前，我們正在盡一切努力擴(kuò)大產(chǎn)能，包括將生產(chǎn)從瑞典的北雪平遷至意大利的卡塔尼亞。所有這些舉措都將有利于滿足 ST 汽車(chē)和工業(yè)客戶對(duì)碳化硅器件日益增長(zhǎng)的需求?！彼忉屨f(shuō)，“該項(xiàng)目是歐洲首創(chuàng)的6英寸碳化硅外延襯底量產(chǎn)加工一條龍工廠，承諾在不久的將來(lái)開(kāi)發(fā)出8 英寸晶圓，預(yù)計(jì)2023年開(kāi)始投產(chǎn)，以平衡碳化硅襯底內(nèi)部供應(yīng)和外部采購(gòu)比例。ST將在未來(lái)五年投資7.3 億歐元建設(shè)這個(gè)項(xiàng)目。”

|ST在功率半導(dǎo)體發(fā)力

他特別指出意大利卡塔尼亞工廠是ST功率技術(shù)創(chuàng)新的重要基地?！癝T 在碳化硅領(lǐng)域的先驅(qū)地位要?dú)w功于25 年持續(xù)的專(zhuān)注和研發(fā)投入，以及大量關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利組合。卡塔尼亞工廠是ST最大的碳化硅研發(fā)和制造基地。

卡塔尼亞工廠擁有成熟的功率電子生態(tài)系統(tǒng)，在當(dāng)?shù)豐T與不同的機(jī)構(gòu)和企業(yè)保持長(zhǎng)期的合作關(guān)系，包括卡塔尼亞大學(xué)、CNR-意大利國(guó)家研究委員會(huì)、設(shè)備及產(chǎn)品制造企業(yè)，以及供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)等。通過(guò)加大投資，ST將夯實(shí)卡塔尼亞工廠作為全球碳化硅技術(shù)創(chuàng)新中心的地位?！彼M(jìn)一步解釋說(shuō)，“這是我們擴(kuò)大 12 英寸晶圓產(chǎn)能的概覽圖。

到 2025 年，我們 12 英寸晶圓產(chǎn)能在所有尺寸晶圓總產(chǎn)能當(dāng)中的比率將從17% 提高到 33%。12 英寸晶圓的主要生產(chǎn)基地是法國(guó)的克羅爾工廠和意大利的阿格拉特工廠?！?br />
他表示意大利阿格拉特12英寸晶圓廠2023產(chǎn)能提升計(jì)劃正在順利推進(jìn)中，預(yù)計(jì)將在2023 年上半年安排大部分的生產(chǎn)認(rèn)證。得益于積塔半導(dǎo)體(Tower Semiconductor) 的產(chǎn)能共享，這個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)了快速的產(chǎn)能拉升。2022年10月，這個(gè)工廠的首個(gè)晶圓生產(chǎn)批次成功下線。通過(guò)意大利阿格拉特和法國(guó)利克羅爾雙工廠的協(xié)同合作，ST可以將克羅爾工廠的制造工藝引進(jìn)到阿格拉特工廠，以加快阿格拉特工廠的生產(chǎn)認(rèn)證。

阿格拉特工廠將專(zhuān)注模擬混合信號(hào)、BCD、eNVM技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)晶圓廠的設(shè)計(jì)方案相互兼容，我們采用了數(shù)字孿生技術(shù)，以加速所有的流程，并確保兩個(gè)工廠都能夠通過(guò)協(xié)同合作并充分發(fā)揮對(duì)方的豐富經(jīng)驗(yàn)。

除了投資擴(kuò)建12英寸晶圓的產(chǎn)能，ST也在加速擴(kuò)建碳化硅器件的產(chǎn)能。2017 年，ST開(kāi)始量產(chǎn)碳化硅器件，車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅出貨量突破一億。就產(chǎn)能而言，相比2020年，ST在 2022 的產(chǎn)能增長(zhǎng)了2.5倍以上，并且產(chǎn)能擴(kuò)張還在繼續(xù)進(jìn)行中。目前，卡塔尼亞和新加坡兩個(gè)工廠是其生產(chǎn)碳化硅器件的主要基地。

而位于中國(guó)深圳和摩洛哥布斯庫(kù)拉的兩個(gè)工廠則負(fù)責(zé)碳化硅器件的封裝和測(cè)試。“我們的目標(biāo)是到 2024 年實(shí)現(xiàn) 40%以上碳化硅襯底的內(nèi)部供應(yīng)。因?yàn)槲覀冎?，ST 不可能永遠(yuǎn)依賴外部提供襯底。”他指出。

在增加碳化硅投資外，ST也致力于提高氮化鎵的技術(shù)能力和產(chǎn)能，以實(shí)現(xiàn)公司的營(yíng)收目標(biāo)。據(jù)他介紹，ST擁有功率轉(zhuǎn)換GaN和射頻功率GaN技術(shù)。ST在法國(guó)圖爾擁有8英寸功率GaN晶圓廠。同時(shí)，外延襯底研發(fā)能力和試制生產(chǎn)線也已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。ST在2022 年完成了晶圓廠的生產(chǎn)認(rèn)證，將在2023 年開(kāi)始量產(chǎn)和增產(chǎn)。除了該8英寸的功率GaN晶圓廠，ST還在意大利卡塔尼亞擁有6英寸射頻GaN晶圓廠，該廠在2022 年完成了晶圓廠生產(chǎn)認(rèn)證。

在制造上，ST也執(zhí)行戰(zhàn)略性制造外包，“就前工序而言，80% 的晶圓產(chǎn)能通過(guò) ST 內(nèi)部資源完成，20%的產(chǎn)能通過(guò)與合作伙伴合作獲取外部資源完成。就后工序而言，ST 內(nèi)部完成 65%的封測(cè)工作，而 ST 的封測(cè)代廠（OSAT） 完成 35% 的封測(cè)工作。通過(guò)采用這種戰(zhàn)略和運(yùn)營(yíng)模式，我們可以非常靈活地應(yīng)對(duì)客戶需求的增長(zhǎng)，管理我們的內(nèi)部產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，并確保所有流程的流暢性，以為客戶提供高水平的服務(wù)?！彼赋?。

面對(duì)全球綠色環(huán)保大趨勢(shì)，他表示ST 是一家非常注重可持續(xù)發(fā)展的公司。我們的全球目標(biāo)是在 2027 年在公司層面實(shí)現(xiàn)碳中和。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，ST需要在制造過(guò)程中不斷推動(dòng)可持續(xù)性發(fā)展。2021 年，ST所有工廠的 EHS 環(huán)境健康安全團(tuán)隊(duì)完成了 53個(gè)能源管理改進(jìn)項(xiàng)目，總計(jì)節(jié)電 35 千兆瓦時(shí)。所有這些舉措都在減少碳排放量，用水和用電量等方面取得了非常積極的成果.

“我們正在努力減少每個(gè)工廠的碳足跡。這是我們?cè)谛录悠鹿S工作的概況。作為ST全球產(chǎn)量最大的晶圓廠，新加坡工廠采用了區(qū)域供冷系統(tǒng)。該工廠向環(huán)境減排量多達(dá)12萬(wàn)噸碳，相當(dāng)于其2021年碳排放量的30%。此外，它還幫助 ST每年節(jié)省制冷用電量20%， 預(yù)計(jì)20 年內(nèi)項(xiàng)目?jī)r(jià)值總額將達(dá)到3.7 億美元。”他舉例說(shuō)，“此外，我們還有如何管理水資源方面的實(shí)例。我們的晶圓廠生產(chǎn)超凈水，并不斷改善廢水處理和排放水質(zhì)。

我們采取各種措施，盡可能地減少法國(guó)克羅爾工廠、中國(guó)深圳工廠、摩洛哥布斯庫(kù)拉工廠的用水量，并盡可能地循環(huán)利用水，這樣就可以減少所有這些工廠的碳足跡 ?！?除了可持續(xù)性發(fā)展之外，他表示ST 還在數(shù)字化轉(zhuǎn)型和工業(yè) 4.0 領(lǐng)域投入了大量資金。ST的晶圓廠實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化。例如，就送料而言，給制造設(shè)備送料 100%由自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)完成。就生產(chǎn)而言，在生產(chǎn)設(shè)備上的制造流程 100%自動(dòng)啟動(dòng)。就自動(dòng)化流程而言，95%的調(diào)度決策自動(dòng)發(fā)布，無(wú)需人工干預(yù)。因此，憑借高度的自動(dòng)化，ST的工廠可以一年 365 天 24 小時(shí)不間斷地運(yùn)行。




審核編輯：劉清