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晶圆厂后端交钥匙服务加速5G时代的到来

4月 21, 2020

格芯在RF/毫米波、测试和封装方面的专业知识可帮助客户以更迅速快捷且更经济高效的方式将产品推向市场

撰文:Gary Dagastine

1888年,伟大的物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)证实了无线电波的存在,自此以后,世界发生了翻天覆地的变化。他的发现促成了新型通信技术的诞生,彻底改变了人们的生活和工作方式,并催生了许多新的产业。

如今,130多年过去了,随着基于RF/毫米波(mmWave)的新技术推动着越来越多的人参与并投资5G、移动和无线基础设施应用,无线电波再一次在全球产生了革命性的影响。

半导体便是最近这次通信革命的核心,而作为RF/毫米波解决方案的全球领先晶圆厂,格芯在其中扮演着至关重要的角色。除了用于晶圆制造的可靠的差异化RF平台,格芯还凭借出色的专业知识,向客户提供一系列晶圆厂后端交钥匙服务——涉及从晶圆成品到卷带封装的每一个环节。

晶圆厂后端功能是成功的关键

晶圆厂后端组装、测试和先进封装功能是成功生产出RF/毫米波集成电路(IC)的关键,由于这些频率的物理特性非常复杂,所以准确表征和测试这些设备变得极其困难。企业需要在降低成本的同时提高产量、产品质量以及可靠性,以满足不断发展的市场需求,上述晶圆厂后端功能对此发挥着关键作用。

无论客户规模及商业模式如何,格芯都可以向其提供晶圆厂后端交钥匙服务。这里有两种极端:一种是初创公司,主要致力于产品设计,但几乎不能提供晶圆厂后端功能;另一种是大型公司,他们同样致力于产品设计,但就RF/毫米波而言,可能不具备复杂晶圆厂后端活动的专业知识或能力。这两种客户以及介于二者之间的客户通常都会与格芯合作,让格芯为其管理这些晶圆厂后端活动。

格芯利用公司丰富的RF专业知识为客户提供各种服务,包括专有的RF/毫米波测试技术、符合客户特定需求的灵活参与模式,还包括2015年收购IBM Microelectronics而获得的数十年RF技术经验以及在此基础上铸就的专业供应链管理能力。

值得一提的是,格芯内部RF/毫米波测试能力,称为板载测试(ToB),代表了一种全新的毫米波IC测试模式。传统的高量产制造测试设备无法在生产环境下经济有效地执行所需的毫米波IC测试,例如:测量线性度和输出功率、验证移相器性能以及验证噪声指数。格芯在开发ToB解决方案方面已经投入了数百万美元,较之于机架堆叠式系统,这种基于IBM技术的模块化即插即用系统可将测试成本降低3-5倍。

统一方法

随着5G毫米波应用越来越复杂,需要全面考虑前端和后端因素的统一设计/生产方法,以实现所需的毫米波IC性能和可靠性。

格芯移动和无线基础设施业务部副总裁Peter Rabbeni认为,封装是决定毫米波设备性能的关键一环。他说,如果只将封装视为一种后端功能,客户可能会面临晶圆厂后端复杂性的问题,他们可能需要额外的时间来解决此类问题,从而可能会错失市场发展机会。

他表示:“仅仅测试这些频率下晶圆级的产品性能是远远不够的。封装后的成品必须在实际的无线操作中符合规范要求。”格芯在RF技术方面的专业知识以及公司独特的内部RF测试能力是帮助客户满足这一要求的强大工具。Rabbeni例举了5G基站设计人员所面临的一个典型问题:如何对基站中的功率放大器(PA)进行优化设计,以平衡可靠性和可实现的输出功率,从而使手机能够接收到其传输的信号。

Rabbeni表示:“信号强度当然是关键,但调制峰值和谷值让人难以确定如何驱动PA。如果PA强度过高,不仅会影响信号质量,还会影响PA的使用寿命;但如果PA强度过低,效率就会大大降低。最佳功率和可靠性之间存在一个实现最优覆盖的‘平衡点’。这也有助于优化实现所需覆盖要使用的基站数量,从而最终降低运营商的资本支出和运营费用。”

Rabbeni还说:“要想快速且经济有效地确定这个平衡点,关键是能够准确地模拟PA性能,并表征PA在任何调制条件下的可靠性。格芯工艺设计套件集成了我们大量的RF知识产权,实现设备可靠性和性能建模,同时还使客户能够快速轻松地进行这些模拟。”

此外,通过格芯的晶圆厂后端交钥匙服务,客户能够利用我们内部专家的专业知识来制定适宜的解决方案。格芯移动和无线基础设施部RF交钥匙业务线经理Jeff Pauza解释道:“如果客户的设计将焊球置于芯片的底部,这是很常见的位置,由于热性能和其他与特定应用相关的影响,可能会生产出不可靠甚至不安全的产品。也许客户没有意识到这一点,或者只是在设计I/O时没有考虑到这一点。”

Pauza说:“我们拥有丰富的RF设计经验,所以我们清楚哪些版图可以减少此类影响,而且我们的技术专家也可以提供建议,帮助客户缩短其产品上市时间。当客户意识到我们,也就是他们的代工厂,实际上也是RF设备的测试和封装专家,而且他们不需要出去找其他人进行RF设备测试和封装,或与OSAT(外包半导体组装和测试提供商)建立单独关系并自己管理复杂的全球供应链时,他们就会发现我们的优势。”

展望

除了5G,格芯晶圆厂后端交钥匙服务在未来几年很有可能变得越来越重要。负责流片、掩膜和生产后操作的格芯副总裁Guido Uberreiter认为,未来RF/毫米波将广泛用于人工智能、云计算、汽车和其他应用的先进逻辑芯片中。

他说:“展望未来,你会发现越来越多的应用与人工智能和云计算有关。下一波客户(其中许多是中小型企业)希望将RF与汽车雷达等产品的逻辑结合起来,他们需要找到一种解决方案。以经济有效的方式快速构建RF SoC(片上系统)。

他们不希望反复地将芯片发送至世界各地,而我们的优势正好能够满足其需求。例如,我们在德累斯顿有一个焊接球和测试中心,到目前为止,主要专注于逻辑芯片业务,因为20年来我们在德累斯顿一直为客户生产先进的逻辑IC。如今,我们对格芯德累斯顿Fab 1和马耳他Fab 8的产品进行焊接球测试,然后将通过测试的晶圆发送给客户。我们将升级这些服务,纳入RF专业知识,并针对40-80 GHz频段提供特殊的专业服务。”

Uberreiter说,格芯的晶圆厂后端交钥匙服务深受客户欢迎,因为许多客户都需要安全的供应链。“测试涉及使用大量IP,许多客户将工作交托于我们,因为他们了解并信任我们。这也是我们成为欧洲最大测试中心的原因之一。”

总而言之,作为全球领先的特殊工艺半导体代工厂,晶圆厂后端交钥匙服务是格芯及其技术脱颖而出的另一种途径。

Uberreiter表示:“我们不仅向客户提供差异化技术解决方案,我们还提供差异化服务,助力实现快速、优质、低成本的生产,并最终帮助客户缩短产品上市时间。”

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