芯片行業(yè)對(duì)于流片都不陌生。所謂流片，就是像流水線一樣通過一系列工藝步驟制造芯片，該環(huán)節(jié)處于芯片設(shè)計(jì)和芯片量產(chǎn)的中間階段，是芯片制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將設(shè)計(jì)好的方案，交給芯片制造廠，先生產(chǎn)幾片幾十片樣品，檢測(cè)一下設(shè)計(jì)的芯片能不能用，然后進(jìn)行優(yōu)化。如果測(cè)試通過，就按照這樣開始大規(guī)模生產(chǎn)了。所以為了測(cè)試集成電路設(shè)計(jì)是否成功，必須進(jìn)行流片。這也是芯片設(shè)計(jì)企業(yè)一般都在前期需要投入很大成本的重要原因。一顆芯片從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)，流片屬于非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。當(dāng)芯片完全設(shè)計(jì)出來(lái)以后需要按照?qǐng)D紙?jiān)诰A上進(jìn)行蝕刻，采用什么樣的制程工藝，多大尺寸的晶圓，芯片的復(fù)雜程度都會(huì)影響這顆芯片的流片成功率和成本，而且許多芯片都不是一次就能流片成功的，往往需要進(jìn)行多次流片才能獲得較為理想的效果。

流片為什么這么貴？

那芯片流片的價(jià)格為什么這么貴？這就要提到芯片的制造原理了。芯片制造要在很小的芯片里放上億個(gè)晶體管，制造工藝已經(jīng)到了納米級(jí)，只能用光刻來(lái)完成。光刻就是用光刻出想要的圖形，光刻需要用到掩膜版（又稱光罩，Mask），掩膜版就是把設(shè)計(jì)好的電路圖雕刻在上面，讓光通過后，在晶圓上刻出圖形。流片貴，一方面是因?yàn)閯傞_始有許多工藝需要驗(yàn)證，從一個(gè)電路圖到一塊芯片，檢驗(yàn)每一個(gè)工藝步驟是否可行，檢驗(yàn)電路是否具備所要的性能和功能。芯片流片過程至少持續(xù)三個(gè)月（包括原料準(zhǔn)備、光刻、摻雜、電鍍、封裝測(cè)試），一般要經(jīng)過1000多道工藝，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，因此也是芯片制造中最重要最耗錢的環(huán)節(jié)。如果流片成功，就可以據(jù)此大規(guī)模地制造芯片；反之，就需要找出其中的原因，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，芯片流片貴，主要貴在掩膜版和晶圓，這兩項(xiàng)價(jià)格不菲且都是消耗品，其中掩膜版最貴，一套中端工藝制程的掩膜版價(jià)格大約在50萬(wàn)美元左右，而一片晶圓的價(jià)額也在數(shù)千美元。

掩膜貴還是晶圓貴？

掩膜版是一種由石英為材料制成的，是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移工具或母版，其功能類似于傳統(tǒng)照相機(jī)的“底片”，根據(jù)客戶所需要的圖形，通過光刻制版工藝，將微米級(jí)和納米級(jí)的精細(xì)圖案刻制于掩膜版基板上，是承載圖形設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)等內(nèi)容的載體。然后把這種從掩膜版的圖形轉(zhuǎn)換到晶圓上的過程，想象成印鈔機(jī)的工作流程。把光刻機(jī)想象成印鈔機(jī)，晶圓相當(dāng)于印鈔紙，掩膜就是印版，把鈔票母版的圖形印到紙張上的過程，就像光刻機(jī)把掩膜版上的芯片圖形印到晶圓上一樣。光刻需要用到掩膜版，掩膜版就是把設(shè)計(jì)好的電路圖雕刻在上面，讓光通過后，在晶圓上刻出圖形。

光刻工作原理

掩膜版的質(zhì)量會(huì)直接影響光刻的質(zhì)量，掩膜版上的制造缺陷和誤差也會(huì)伴隨著光刻工藝被引入到芯片制造中。因此，掩膜版是下游產(chǎn)品精度和質(zhì)量的決定因素之一。掩膜版的價(jià)格主要取決于芯片所選用的“工藝節(jié)點(diǎn)”，工藝節(jié)點(diǎn)越高、流片價(jià)格就越貴。這是因?yàn)樵较冗M(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，所需要使用的掩膜版層數(shù)就越多。據(jù)了解，在14nm工藝制程上，大約需要60張掩膜版，7nm可能需要80張甚至上百?gòu)堁谀ぐ妗Ｑ谀ぐ鎸訑?shù)多了，不僅僅是因?yàn)檠谀ぐ宓膬r(jià)格貴，還因?yàn)槊慷喑鲆粚?“掩膜板”，就要多進(jìn)行一次“光刻”，就要再多涂抹一次 “光刻膠”，就要再多一次 “曝光”，然后再來(lái)一次 “顯影” 。。。，整個(gè)流程下來(lái)耗費(fèi)的成本就大大增加了。

如何降低流片成本？

1.對(duì)Foundry體系不了解，缺乏工藝選型的經(jīng)驗(yàn)和Foundry打交道的經(jīng)驗(yàn)；

2.主流Foundry準(zhǔn)入門檻高，新興玩家難以申請(qǐng)預(yù)期的工藝或支持，溝通成本高；

3.缺乏系統(tǒng)的供應(yīng)鏈管理能力，尤其在量產(chǎn)產(chǎn)能爬坡階段，對(duì)產(chǎn)能、交期、質(zhì)量過于樂觀；

4.產(chǎn)能緊缺情況下，缺乏備貨機(jī)制，恐慌性下單或有了訂單再下單導(dǎo)致產(chǎn)能跟不上市場(chǎng)需求。此外，交期的變化、產(chǎn)能的波動(dòng)都會(huì)大大增加初創(chuàng)公司與晶圓代工廠的溝通成本，降低效率。

寫在最后

一個(gè)芯片開發(fā)項(xiàng)目，需要經(jīng)歷從產(chǎn)品定義、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證仿真一直到最終流片的漫長(zhǎng)過程，對(duì)此，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)、制造商以及相關(guān)的行業(yè)服務(wù)平臺(tái)和機(jī)構(gòu)應(yīng)緊密合作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，攜手解決困擾開發(fā)者的“流片難題”。