台积电又赢了
最新更新时间：2022-02-25
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近期，三星和台积电的晶圆代工订单争夺战又开始上演。据韩国媒体报道，高通4nm旗舰处理器Snapdragon 8 Gen 1的晶圆代工订单，原本由三星一手包办，但是，有传闻称三星良率逊色，让高通决心把Snapdragon 8 Gen 1的部分订单交给台积电。消息人士揭露，三星晶圆代工部门生产Snapdragon 8 Gen 1的良率仅有35%。
据悉，高通请求台积电提前交付Snapdragon 8 Gen 1 Plus，以取代现行的Snapdragon 8 Gen 1。台积电生产的Snapdragon 8 Gen 1 Plus，有2万片可以提前至4月出货，第三季开始，Snapdragon 8 Gen 1 Plus每季产量达5万片，该4nm良率超过70%，远优于三星的4nm制程。
此外。有媒体报道，台积电已赢得苹果所有5G射频芯片订单，年产能超过15万片，采用台积电最先进的射频制程6nm。苹果射频接收器原来跟高通外购，由三星以14nm制程代工，这样看来，三星再次出现掉单窘境。
四大晶圆代工厂的射频制程
在全球缺芯的当下，作为模拟芯片中的大宗商品，射频芯片的需求量巨大，各大晶圆代工厂也都各施绝招，在不同制程层面扮演着不同的角色。特别是全球前四大晶圆代工厂商，在射频芯片代工方面，台积电与三星都有10nm以下的先进制程工艺方案，而联电与格芯则专注于成熟制程工艺，捉对厮杀。
台积电力推N6RF
为了满足客户对于5G网络高速、低延迟、以及大量物联网应用的需求，台积电提供了16nm及28nm射频元件，通过提升截止频率与最大震荡频率以支持射频收发器设计，采用40nm特殊制程强化崩溃电压，在来自导通电阻与断电容的乘积降低的相同效益下，支持射频切换器设计的应用。
在此基础上，2021年6月，台积电在一次技术论坛上首次发表了6nm RF（N6RF）制程，将先进的N6逻辑制程所具备的功耗、效能、面积优势带入到5G射频（RF）与WiFi 6/6e解决方案。相较于前一代的16nm射频技术，N6RF晶体管的效能提升超过16%。
台积电指出，相较于4G，5G智能型手机需要更多的硅晶面积与功耗来支持更高速的无线数据传输，5G让芯片整合更多的功能与组件，随着芯片尺寸日益增大，它们在智能型手机内部正与电池竞相争取有限的空间。台积电表示，N6RF制程针对6GHz以下及毫米波频段的5G射频收发器提供大幅降低的功耗与面积，同时兼顾消费者所需的效能、功能与电池寿命，还强化支持WiFi 6/6e的效能与功耗效率。
据悉，台积电资本预算中，将增加扩产中科15B的6nm制程，原因就是接获苹果自行开发应用在5G的射频接收器大单，年产能超过15万片，可望应用在苹果2023年推出的iPhone 15。
三星推8nm射频制程
几乎是在台积电宣布推出N6RF制程的同时，也是在2021年6月，三星电子宣布开发出 8nm 射频芯片制程技术，希望抢攻 5G 领域晶圆代工订单。
三星开发了一种独特的 8nm 射频专用架构，名为 RFextremeFET (RFeFET)，可以显着改善射频特性，同时使用更少的功率。与14nm RF相比，三星的 RFeFET 补充了数字 PPA 缩放并同时恢复了模拟 / RF 缩放，从而实现了高性能 5G 平台。此外，新的 8nm RF 芯片可提高 35% 的效率且减少 35% 的面积。
据介绍，三星这种尖端的代工技术有望提供“单芯片解决方案”，专门用于支持多通道和多天线芯片设计的 5G 通信。三星的 8nm 射频平台扩展有望将公司在 5G 半导体市场的领先地位从低于 6GHz 扩展到毫米波应用。
目前，这种8nm 射频芯片制程技术的订单情况还不清楚，不过，高通已经完全拥抱了三星的7nm RF制程，将其相关芯片交给三星生产，并承诺下单量还会提高。
联电
联电则针对毫米波（mmWave）制程完成了55nm／40nm／28nm平台，可应用于移动装置、物联网、5G通讯、车用电子及工业雷达。
在特殊制程方面，RFSOI技术可满足所有4G／5G手机对射频开关的严格要求，目前90nm制程已进入量产，55nm制程即将导入量产，同时已着手开发40nm RFSOI技术平台，以满足后续5G和mmWave市场增长需求。
为应对5G射频开关芯片(RF switch)需求成长，联电专案开发了相关工艺，并已经进入量产阶段。联电12英寸厂5G射频开关产品线从2020年出货开始快速扩大。
格芯
面向智能移动设备市场，格芯宣布推出新一代5G和Wi-Fi 6/6e手机与智能设备所需的先进功能组合；格芯RF-SOI Sub 6GHz解决方案包含新的功能，使芯片设计人员现在可以提供更强大的5G连接，减少盲区，从而增加通话、游戏和观看流媒体的时间，并且单次充电工作时间更长；格芯FDX-RF解决方案包含新的功能，可为5G毫米波设备提供更可靠的连接和更多的联接体验；格芯Wi-Fi解决方案现在包含新的增强型RF和功率放大（PA）功能，使Wi-Fi 6和6e芯片设计人员可以为支持Wi-Fi的新一代产品提供更高性能、更强大的Wi-Fi连接，从而扩大信号覆盖范围并增加连接数量。
基于上面的技术更新，格芯与高通技术公司子公司Qualcomm Global Trading PTE. Ltd联合宣布，双方将延续在射频领域的成功合作，继续携手打造5G多千兆位射频前端产品，让新一代5G产品能够以小巧的外形尺寸提供用户所期望的高蜂窝速度、出色覆盖范围和优异能效。
工艺材料
以上简单介绍了全球排名前四的晶圆代工厂在射频芯片制造方面的制程情况。除了这些制程，工艺和材料也很重要，而用于射频芯片的工艺材料种类较多，不同的晶圆代工厂，会根据自身的定位和制程特点，选用相应的工艺材料。
目前来看，这些工艺材料主要包括：砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），硅锗（SiGe），RF CMOS，BiCMOS，以及正在兴起的氮化镓（GaN）。
砷化镓非常适用于高频电路。砷化镓组件在高频、高功率、高效率、低噪声指数的电气特性均远超过硅组件，空乏型砷化镓场效晶体管(MESFET)或高电子迁移率晶体管(HEMT/PHEMT)，在3 V 电压操作下可以有80 %的功率增加效率(PAE: power addedefficiency)，非常的适用于高层(high tier)的无线通讯中长距离、长通信时间的需求。
磷化铟常用于制造高频、高速、大功率微波器件。另外，InP基器件在IC和开关运用方面也具有优势。
SiGe 高频特性良好，材料安全性佳，导热性好，而且制程成熟、整合度高，具有成本低等优势，SiGe 不但可以直接利用半导体现有200mm 晶圆制程，达到高集成度，据以创造经济规模，还有媲美GaAs 的高速特性。随着近来IDM 大厂的投入，SiGe 技术已逐步在截止频率(fT)与击穿电压(Breakdown voltage)过低等问题获得改善而日趋实用。
RF CMOS 工艺可分为两大类：体硅工艺和SOI(绝缘体上硅)工艺。由于体硅CMOS 在源和漏至衬底间存在二极管效应，造成种种弊端，多数专家认为采用这种工艺不可能制作高功率高线性度开关。与体硅不同，采用SOI 工艺制作的RF 开关，可将多个FET 串联来对付高电压。
以硅为基材的集成电路共有Si BJT、Si CMOS、与结合Bipolar与CMOS 特性的Si BiCMOS等。由于硅是当前半导体产业应用最为成熟的材料，因此，不论在产量或价格方面都极具优势。目前，多以具有低噪声、电子移动速度快、且集成度高的Si BiCMOS 制程为主。而主要的应用则以中频模块或低层的射频模块为主。
结语
随着射频芯片应用的发展，制程和工艺材料会不断优化，各大厂商，特别是晶圆代工厂会有更多的技术发挥空间，竞争也会愈加激烈。
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