芯片流片为何比量产贵?需要新建生产线吗?

发布时间:2022-02-22 / 作者:清心寡欲


前面的回答,要么不深入,没有说清楚芯片流片为什么贵,要么完全跑偏了,认为流片比光刻还重要,拜托,流片也需要光刻,没有光刻,哪来的芯片?所以忍不住来补一发了。

关于流片,芯片设计行业有许多传说,而且一个比一个精彩刺激:一次流片成功的,老板的心情类似于买双色球中一等奖;两三次流片还不成功的,老板只能宣布关门。

开场完毕,进入正题:什么是流片?

这么说吧,你带领团队辛辛苦苦设计了一款芯片,尽管用软件验证过,看起来没啥问题,但还是不敢拍胸脯保证,怎么办?找晶圆代工厂小批量试制,封装、测试,找BUG,根据BUG修改设计。

这个小批量试制芯片就是流片。

可以看出,流片的作用主要有两个

  1. 找设计BUG,防止在大批量生产时BUG暴露,带来不可挽回的损失;

  2. 验证设计功能是否实现,或者实现了多少。

既然流片是正式生产前的试生产,为什么会那么贵?

因为芯片生产不同于普通制造业。普通制造业比如生产汽车、家电,要造原型机,花费主要在零配件制造,装配的成本并不高,如果零配件可以通用的化,原型机的生产成本还会更低。

但是,芯片生产是没有零配件一说的,是按设计版图,一次制造完成,生产10片芯片和生产1千万片同样的芯片,需要的生产流程、动用的机器设备完全一样,所以:

流片何止是贵,流一次片就相当于烧一遍老板的钱包!

在流片的成本细项中,机器设备使用成本、化学药液费用等都不是大头,这才几个钱啊!

以现在最贵最先进的EUV光刻机来说,每年折旧费用大约1.4亿元人民币,每小时折旧费用大约是15982元,以此估算,1台EUV光刻机的开机费每小时大约3.2万元(按100%毛利估算)。

而1台EUV光刻机的量产吞吐量为每小时光刻250片12英寸晶圆,每片晶圆至少可以切割300个die(未封装的芯片内核)。

也就是说,流片的话,光刻机工作1小时的产量就绰绰有余,完全能够满足流片的验证需求。换句话说,光刻机使用费用并不是流片的成本大头。

那么,流片的成本大头在哪儿呢?答案是掩膜(Mask)!

简单说,掩膜就是光刻加工模板,相当于胶片照相机时代的底片,上面是密密麻麻的芯片电路。光刻机的工作就是将掩膜上的电路图,由光刻胶转写-显影,再刻蚀之后,转移到硅片上。

现在生产高档芯片用到的掩膜是非常昂贵的,一块EUV掩膜版的价格大约是500万美元,是DUV掩膜版的8倍。随着EUV光刻技术进入量产阶段,相应的掩膜版价格也在降低,但最低也在200万美元/片左右。



由于高档芯片内部结构复杂,多采用多层布线结构,每一层都需要2到4张掩膜,因此一套芯片大概需要超过10张掩膜。按此估算,像麒麟990种需要EUV光刻技术的芯片,一次流片仅掩膜就要烧掉至少2000万美元,骁龙765或麒麟810采用DUV光刻技术的芯片,一次流片要烧掉掩膜费大约625万美元。

当然,中低档芯片的掩膜费没这么贵,但流一次片的掩膜花费也要好几百万元人民币起步。对小的芯片设计公司来说,这特么不是一般的贵,是要命的贵。

对大的芯片设计公司来说,虽然家底厚,但也经不住反复流片的烧钱。某国产手机的芯片据说流片5次也未成功,到现在也未推出第2代,团队重组,大概烧钱太多,老板受不了了。


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