全球硅晶圆出货面积再度打破历史纪录;科技职缺 透露明年3大趋势;三星处理器终于支持全网通;碳化硅跻身电源元件主流

 

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1.全球硅晶圆出货面积再度打破历史纪录;

2.高通首款5G基带解决方案 展现5G领导地位;

3.科技职缺 透露明年3大趋势;

4.功率半导体产业展新局  碳化矽跻身电源元件主流;

5.为Mac芯片代工会像代工A芯片那样赚钱吗;

6.三星处理器终于也要支持全网通

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1.全球硅晶圆出货面积再度打破历史纪录;

国际半导体产业协会(SEMI)最新统计数据显示,2016年第三季全球矽晶圆出货面积再度打破历史纪录,达到27.30亿平方英寸。与前一季27.06亿平方英寸相比,第三季出货面积成长0.9%,也较2015年第三季的25.91亿平方英寸增加5.4%。矽晶圆乃打造半导体的基础材料,对于电脑、通讯、消费性电子等所有电子产品来说,都是十分重要的物资。其出货面积持续成长,也显示市场对电子产品的需求仍在不断成长。

本统计数据包含原始测试晶圆片(virgin test wafer)、外延矽晶圆(epitaxial silicon wafers)等晶圆制造商出货予晶圆厂的抛光矽晶圆,但不包括非抛光矽晶圆(non-polished silicon wafer)或再生晶圆(reclaimed wafer)。新电子



2.高通首款5G基带解决方案 展现5G领导地位;

美国高通公司旗下子公司高通技术公司(Qualcomm Technologies, Inc.;QTI)宣布,高通Snapdragon X50让高通成为业界首家发表5G数据机晶片组解决方案商业化的公司,其旨在支援OEM厂商打造下一代蜂巢式终端装置,并协助电信营运商展开初期5G试验和布建。

Snapdragon X50 5G数据机初期将支援在28GHz频段毫米波(mmWave)频谱的运作。它将运用支援适应性波束成形和波束追踪技术的多重输入多重输出(MIMO)天线技术,在非直视性无线传输(NLOS)环境中实现稳定、持续的行动宽频通讯。透过800MHz频段的协助,Snapdragon X50 5G数据机旨在支援最高达每秒5千兆位元峰值的下载速度。

Snapdragon X50 5G数据机为4G/5G多模行动宽频和固定无线宽频终端设备而设计,并且能够与整合千兆级LTE数据机的高通Snapgragon处理器进行搭配,透过双重连接(dual-connectivity)方式协同运作。由于千兆级LTE能够为初期5G网络提供一个广域覆盖网路,因而成为5G行动体验一项重要关键。

高通技术公司执行副总裁暨QCT总裁Christiano Amon表示:“随着电信营运商和OEM厂商进入5G蜂巢式网路和终端装置的测试阶段,Snapdragon X50 5G数据机也预告着5G时代的来临。藉由在LTE和Wi-Fi领域多年积累的领先地位,我们非常高兴能推出这款产品,并于实践5G终端装置和网路的过程中发挥关键作用。这意味着我们在谈论5G的同时,也真正致力于推动5G的发展。”

透过SnapdragonX50 5G数据机,布建毫米波(mmWave)5G网路的电信营运商现在可与QTI紧密合作,展开实验室测试、外场试验和初期网路布建计画。

此外,采用Snapdragon X50 5G数据机的OEM厂商也有机会率先开始优化其终端装置,以因应在整合毫米波时可能面对的特殊挑战。在真实的5G网路环境下,于终端装置中整合Snapdragon X50 5G数据机,可为采用新兴技术的定型终端装置提供宝贵经验。QTI将应用这些经验和发现帮助加快5G全球标准——5G新空中介面 (New Radio;NR)的标准化和商用。

对消费者而言,5G所支援的增强型行动宽频将为行动用户和云端服务带来前所未有的即时性,从而增加媒体内容消费、改善媒体内容产出,并提供更快获取丰富资讯的方式。此外,5G技术的迅速发展将让数千兆位元的互联网服务更具成本效益且简单地进入更多家庭和企业。

Snapdragon X50 5G数据机是基于QTI长期提供业界领先的正交分频调变(OFDM)晶片和技术经验而打造。高通作为业界的领导者,已经在数代LTE技术与产品及802.11ad产品中成功展示了OFDM、毫米波和大规模MIMO晶片及技术。

Snapdragon X50 5G平台将包括数据机、SDR051毫米波收发器和支援性的PMX50电源管理晶片。Snapdragon X50 5G数据机预计将于2017下半年开始送样,整合Snapdragon X50 5G数据机的首批商用产品则预计将于 2018上半年问世。DIGITIMES

3.科技职缺 透露明年3大趋势;

科技大厂十一月最新征才讯息,透露明年市场发展三大动态。苹果美国、鸿海富士康、夏普日本同步在十一月开出新领域职缺,在官方网站列出寻找熟知半导体工艺的人才,以及显示器生产管理、3D演算法与AI(人工智慧)相关应用等职缺合计约百个。

苹果执行长库克(Tim Cook)甫于美国大选后发信给全体员工,强调苹果往前迈进脚步不变,随后苹果美国官方网站陆续释出最新征才讯息,透露扩大晶片开发的方向。

苹果美国官网征才讯息显示,新增硬体工程师、显示器生产供应商质量管理师、3D演算法工程师等新职缺,十一个硬体工程师中,至少九个与晶片开发相关。

3D演算法工程师、图像传感器模拟设计工程师相关职缺,苹果说明,主要是评估现有的硬体区块,并有助新硬体定义。苹果美国也新增显示器生产供应商质量管理师,外界解读,苹果下世代面板将采用OLED、更需质量管控。

苹果的亲密夥伴、鸿海富士康十一月最新发布的社会招募讯息也显示,大陆龙华厂新开出采购工程师职缺,寻找熟知半导体工艺与成本结构的人才,十一月新开出在龙华厂与郑州的职位逾卅六个。

鸿海在台湾各大人力银行网站月最新征才讯息也显示,除了既有的外派品保工程师外,人因工程师、关联医疗产品的大陆业务销售人员、云端软体设计工程师等也获得求职者关注,其中策略投资领域因新兴产业投资及合作机会增加,执行投资案后管理需求同步提升,更征求一至三名主管。经济日报

4.功率半导体产业展新局  碳化矽跻身电源元件主流;

过去几年来,碳化矽(SiC)型功率半导体解决方案的使用情形大幅成长,成为各界仰赖的革命性发展。SiC这项全新的宽带隙技术,不仅是向前迈进的革命性发展(例如过去几年来每一代新型的矽功率装置),也具有真正改变局势的能力。

过去几年来,碳化矽(SiC)型功率半导体解决方案的使用情形大幅成长,成为各界仰赖的革命性发展。推动此项市场发展的力量包括下列趋势:节能、缩减体积、系统整合及提升可靠性。

IGBT搭配SiC二极体 宽带隙技术改变局势

SiC装置定位能够充分因应上述市场挑战。这项全新的宽带隙技术,不仅是向前迈进的革命性发展(例如过去几年来每一代新型的矽功率装置),也具有真正改变局势的能力。碳化矽型系统的革命性能力在于大幅提升效能,对于关注创新及划时代解决方案的设计人员而言,相当具有吸引力。IGBT或超接面MOSFET结合SiC二极体,已经成为多种应用的标准配备,例如太阳能、充电器或电源供应。

这类组合是以快速的矽基开关搭配SiC二极体,通常称为“混合式”解决方案。

近年来英飞凌已经制造数百万个混合式模组,安装于各种不同的客户产品。

全球第一个混合式模组是在十多年前开发,以英飞凌EconoPACK封装平台为基础(图1)。特定应用部门是英飞凌任何新技术的初期采用者。视实际系统价值而定,如果新技术成本/效能的吸引力,足以改用更高技术的新型解决方案,其他应用就会跟进。英飞凌将深获肯定的SiC二极体设计,应用于高阶电源供应器之后,发现太阳能变频器及升压电路是其中最可能受益于此项新技术的部分。



图1 全球第一个混合式模组解决方案,自2006年起生产。

除此之外,不断电系统(UPS)及充电器等领域也可能跟进。像是马达驱动器、牵引设备,以及长期展望的汽车应用等传统部门,预计都将非常有兴趣大规模改采新型半导体技术。

以往,能源效率是设计及行销的关键,也使太阳能变频器迈向成功。例如升压电路使用的SiC二极体,是达到98%以上效率的最佳解决方案。

目前太阳能设计的主要趋势,是基于减少切换损耗的方式来提升功率密度,实现体积更小的散热器,此外也允许使用更高的作业频率,藉以缩小磁铁尺寸。 SiC二极体在现代太阳能变频器及微变频器应用方面,正逐渐成为主要元件。最近英飞凌SiC二极体技术迈入第五代。SiC二极体则更进一步采用缩小晶粒的方式,达到更具吸引力的成本定位。

此外,新技术功能实作之后,将较前代技术提供更多的客户利益,例如降低正向电压降,使导通损耗减少,以及提升突波电流功能,并改善崩溃行为。混合式解决方案是现今全球太阳能变频器的标准作法。英飞凌已经提供此类技术15年以上,以深获肯定的纪录及可靠的大量生产,成为此项技术值得信赖的合作夥伴。

英飞凌采用整合式的制造概念,SiC晶片的生产线与大量的矽功率晶片相同,藉此保证达到与矽产品同等的可靠性及制程稳定性。此外,这项整合式概念也在产能方面也有所弹性,这项关键因素有助于在快速变迁的市场上推动新兴技术普及。

依据对系统的深入瞭解,并明确着重在提升成本效能,可在矽半导体及碳化矽半导体之间形成最佳组合,成功定义产品。

磁铁元件尺寸大幅缩减 SiC成功在望

这项作法不再以纯半导体技术推动产品定义,而是针对目标系统量身打造的解决方案,此一发展方向是SiC成功在望的关键要素。从二极体技术的经验看来,SiC电晶体未来几年将以类似方式推出。这是重要的下一步,让SiC更能与主流技术并驾齐驱。如上所述,关键要素为:

.深获肯定的坚固程度

.具吸引力的成本/效能,实现可评测的系统优点

.大量生产能力

.依据对系统的瞭解来推动产品定义

多年来进行丰富深入的研究,主要是为了瞭解SiC的系统利益。使用单极SiC电晶体的转换器提升切换频率,可大幅缩减磁铁元件的体积和重量。依据英飞凌的分析,建构于SiC装置的转换器相较于现有的矽基参考解决方案,尺寸仅为三分之一,重量则只有25%。由于体积及重量大幅缩减,系统成本也可降低20%以上。

未来几年碳化矽解决方案将扩展进入其他应用领域,例如工业或牵引装置。这是因为市场力量促使损耗降低,不仅为了提升效率,也是为了缩小封装体积(由减少散热器需求所促成)。如图2所示,SiC已经用于各种高阶及利基解决方案。现今的设计也发挥上述效益,在特定应用领域降低系统成本。



图2 SiC的优点取决于使用场所及相关应用

未来实作碳化矽解决方案后,会有更多应用受益于整体的损耗降低。在此方面,下一项重要步骤就是采用SiC开关。

崩溃场强度超出10倍 碳化矽多项特性胜出

为了了解矽和碳化矽解决方案之间的差异,必须明确指出:碳化矽装置属于所谓的宽带隙半导体。矽与SiC材料特性比较如图3所示。快速以及单极的肖特基二极体与场效式碳化矽开关(MOSFET、JFET)的电压范围,可延伸超过1000V,原因是SiC材料本身的特性:



图3 矽与碳化矽的材料特性比较

.高电压肖特基二极体达成低漏电流的原因,是金属半导体阻障比矽肖特基二极体高两倍。

.相较于矽,单极晶体显得极有吸引力,其具有特定导通电阻,原因是崩溃场强度超出约10倍。

图4显示不同半导体的最低特定导通电阻,与所需阻断电压的比较(这里仅使用漂移区,基板对电阻的任何影响均忽略不计)。每条线的端点象征特定半导体在单极组态的可用电压范围,不含超接面MOSFET。



图4 比较碳化矽与矽的导通电组及阻断电压

SiC电晶体将成为吸引人的替代方案,取代工业功率电子领域现有的IGBT技术。

SiC独有的材料特性,可设计无少数载子的单极装置,取代高阻断电压的电荷调变IGBT装置。这项效能主要基于宽带隙提供的高临界场。

IGBT的损耗限制,由少数载子的动力所造成。而这类少数载子将在MOSFET之中遭到消除。例如SiC MOSFET已测得100kV/μs以上的超高dv/dt斜率。一开始时,相较于1,200V以上的IGBT,SiC晶体的出色动态效能是最重要的优势。不过,最近结果显示IGBT技术具有庞大潜能,如英飞凌TRENCHSTOP 5技术所示。

若以长远来看,IGBT和单极SiC开关之间的基础差异,将日益受到瞩目。其中主要的两大差异为:一是线性无阈值的输出特性I-V曲线,二是整合本体二极体与同步整流选项的能力。依据以上特性,装置可在同步整流模式提供无阈值的导通行为。此外,必要元件的数量可减少一半。这样可以大幅缩减所需的功率模组体积。

就系统层级而言,无阈值导通行为特性可望大幅降低损耗。许多系统在大半寿命期间皆于部分负载的状况下运作,导通损耗远低于竞争的标准IGBT技术。即使是在5kHz以下的极低频率及未变更dv/dt斜率的情况下,仍然可以发现无阈值开关搭配整合式本体二极体(同步整流模式),相较于目前市面上的商用IGBT解决方案,共有可能降低50%的损耗。损耗比较请参阅图5。



图5 即使在类似IGBT的dv/dt,并于5kHz的运作情况下,仍可减少50%的损耗。

显然在没有dv/dt限制以及更高切换频率的应用中,可以减少更多损耗。这常见于DC-DC升压或升/降压拓扑,可提供更小、更轻及更低成本的磁铁元件。各种研究已经证实,虽然使用更昂贵的功率开关,仍可在广泛的应用之中减少物料清单。就中期而言,由于预期SiC元件成本将随时间下降,应用数量将会增加。

达成最低导通电组目标 沟槽型结构成一大助力

SiC晶体设计的目标,是让大部分零件达成最低的区域特定导通电阻。这是相当合理的想法,因为此项参数界定成本,同时也间接影响晶片电容值造成的剩余动态损耗。在特定电阻情况下,晶粒体积越小,电容值就越低。高瑕疵密度反应在SiC MOS装置的各种风格或特性之中。其中一个例子,就是跨导能力不如矽功率MOSFET,阈值电压也低。

另一项效应则是导通电阻的非物理温度行为。物理学证实Ron一般会在更高温度时增加。目前市面上的元件有时会显示零或甚至负值的温度相依性。这是因为 瑕疵相关电阻具有负的温度系数,所以会出现不同的温度行为。Ron随温度增加的程度越少,通道瑕疵对装置效能的影响就越高。只有增加在导通氧化层应用的场值,使其超越矽MOS功率装置经常使用的数值,才能有效降低瑕疵相关电阻。由于导通氧化层的高场值,可能会加速损耗阻断能力,长此以往,可靠性恐将随之降低。

整体目标是结合SiC的低Ron潜能,以及提供运作模式,让零件维持在经过充分研究且安全的场氧化层条件下。若要在导通情况下达成此目标,可采取离开高瑕疵密度平面表面的作法,朝向其他更有利的表面方向发展。在所谓SiC表面的MOS通道,可提供至少低上10倍的瑕疵密度系数。因此其中一种可能方法,就是使用沟槽(TRENCH)型结构,类似于许多现代的矽功率装置。

除了低通道电阻以外,该结构的电池密度一般高于平面结构,能够更有效地利用材料。此外,这种作法也可以降低区域特定导通电组。不过在沟槽型元件中,沟槽角落氧化层的电场应力是关键问题,特别是在SiC领域,可能成为阻碍发展的争议。此半导体晶片预定使用的电场,是矽解决方案的10倍。目前有多种可能作法,可以有效屏蔽临界区域,例如深pn元件。相对于DMOS在导通方面的两难困境,断态方面的挑战可藉由精巧设计加以解决。

强大的SiC开关,可提供深获肯定的坚固程度(类似于矽元件),即使新技术往往伴随着新挑战,在功率电子应用的前景仍然一片光明,一开始必须付出更多努力,以最理想及最有效的方式善用技术。相关挑战包括加速切换产生的EMI问题,或是大幅提升功率密度的冷却问题。其中后者尤其难以避免,再加上晶片缩小,无法由预期的降低损耗加以抵消。

为了更快速深入掌握SiC晶体技术,化解上述的合理疑虑,才是有利作法。因此必须与客户合作,尽量简化新技术必要的任何设计及实作程序。

取代矽元件还早 宽带隙与矽方案共存之道

新半导体技术在原则上将成为满足需求益增的关键要素;以功率半导体为基础的应用,也将因此提升功率密度及效率。不过,未来几年的重点并不是取代矽元件。宽带隙技术与矽解决方案可相互搭配,特别是在可以开创新应用利基,且无法由现有技术解决的情况下。SiC在此成为工业功率应用的主要创新成果,目标为阻断电压100 V以上,且功率额定值达到数百千瓦的元件,如图6所示。在市场成功导入SiC二极体技术后,SiC晶体将成为下一个重大步骤。目前宽带隙材料预期可大幅提升效能。为了让市场快速接受,坚固程度及系统导向产品功能将是关键要素。



图6 SiC开关市场1kW-500kW于10kHz-MHz频段

(本文作者任职于英飞凌)新电子

5.为Mac芯片代工会像代工A芯片那样赚钱吗;

自从A系列芯片为苹果公司iOS设备创造了巨大优势之后,坊间一直盛传苹果公司将在Mac中使用自主设计芯片,而有的人担心英特尔如果失去了苹果的订单,那么他们可能会蒙受巨大的损失。确实如此吗?

这种假设是建立在TSMC为苹果代工时,每一块芯片要可能要价300美元的基础上。如果英特尔也是这样的话,苹果每年Mac销量大约2000万,那也就是说苹果每年能为英特尔创造60亿美元的营收。



从英特尔的 2013 年、2014 年和 2015 年 10-k 文件来看,这几年苹果在英特尔营收中占据的比例不到 10%。这几年英特尔的营收大约为 600 亿美元,完全就证明了苹果不可能每块芯片给英特尔 300 美元。

另外对于 TSMC 如果代工苹果 Mac 处理器,那么由此创造的营收将会大于他们代工A系列处理器获得的营收还要多。其实这样的假设也是不成立的。

上一财年苹果iPhone出货大约 2.12 亿,iPad 出货量在 4559 万左右,而同时内Mac的出货量只有 1848.4 万。

至于芯片面积,其实 Mac 使用的英特尔处理器的面积并没有比 iPhone 或 iPad 的要打出很多。A10 Fusion 处理器使用 TSMC 的 16 纳米制程,它的面积为 125 平方毫米,A9X 的为 147 平方毫米。对于TSMC来说,这样一颗芯片真的不算小了,即使 Mac 使用的芯片的大小是 iPad 的两倍,TSMC拿下这些订单其实也就相当于大约3600万iPad处理器能够带来的营收。

TSMC 的 2015 年 10-F 文件显示他们目前有两家很大的客户,其中之一自然是苹果。2015 年这两家大客户分别占据TSMC总营收16%的份额,也就是说 2015 年苹果为 TSMC(代工 A8、A8X 以及部 A9 芯片)创造的营收大约为 41.2 亿美元

而大约 1800 万 Mac 处理器创造的营收是不可能接近代工其他芯片能给 TSM C带来的营收。其实,即使 TSMC 每块 Mac 芯片能够要加 50 美元(这个假设其实还是有点高的),那每年其创造的营收也要低于 10 亿美元。

TSMC 的年营收大约 300 亿美元,10 亿美元对于他们来说就是 3.33% 的增长率,虽然能赚点钱,但是对于他们来说并不是一个重要拐点。其实对于 TSMC 来说,从此前只能达到一点 A9 订单到今年尽数拿下 A10 Fusion 芯片相比,它的吸引力应该比拿到 Mac 的订单还要大。 威锋网

6.三星处理器终于也要支持全网通

一直以来,在手机芯片行业,高通以其强大的基带专利,几乎垄断了整个行业,高端手机清一色地使用了高通最新处理器。不过,随着三星,华为、联发科的持续发力,这个情况似乎有了改观。其中三星处理器性能是提升上来了,在通信技术方面的差距不小。



高通骁龙处理器

最近,有一个消息可能会让我们振奋。据报道,三星已经开发出了自己的第一个全球性基带“Shannon 359”,网络制式通吃TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、CDMA、GSM,在网络制式上基本与高通处理器同步,也就是真正意义上的全网通!



三星处理器

不过有些遗憾的是,这个Shannon 359只是个独立基带,其实外挂基带的方式早在华为的麒麟925的开始就见到过,外挂基带最大的劣势就是功耗有所增加。而三星的Shannon 359只能配合处理器外挂使用,而且要到2017年第三季度才会出货,服务对象是自然是下一代Exynos 9系列处理器。这样一来,三星需要解决的就是外挂基带上功耗大的问题。



三星处理器

等三星真正推出Shannon 359基带的时候,就应该考虑如何集成在处理器上。其实这也很正常,即便是高通,在开发新的基带,最初也都是采用外挂基带的形式,然后再整合进入SoC,相信以三星的实力,很快就可以推出集成全网通基带的单芯片了。PConline

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