芯片行业对于流片（Tape-out）都不陌生。
所谓流片。就是像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片。简单来说就是芯片公司讲设计好的方案。交给晶圆制造厂。先生产少量样品。检测一下设计的芯片能不能用。根据测试结果决定是否要优化或大规模生产。所以为了测试集成电路设计是否成功。必须进行流片。这也是芯片设计企业一般都在前期需要投入很大成本的重要原因。
一颗芯片从设计到量产。流片是非常关键的环节。当芯片完全设计出来以后需要按照图纸在晶圆上进行蚀刻。采用什么样的制程工艺。多大尺寸的晶圆。芯片的复杂程度都会影响这颗芯片的流片成功率和成本。而且许多芯片都不是一次就能流片成功的。往往需要进行多次流片才能获得较为理想的效果。
但流片是一件非常烧钱的事。有芯片大厂算过一笔账。14nm工艺芯片。流片一次需要300万美元左右。7nm工艺芯片。流片一次需要3。000万美元。5nm工艺芯片。流片一次更是达到4。725万美元。可见。流片对于芯片设计企业来说是一笔巨大花费。尤其是对于行业中小企业来讲。实际流片的价格比大厂又高很多。让本不富裕的“生活”更是雪上加霜。
流片为什么这么贵？
那芯片流片的价格为什么这么贵？
这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亿个晶体管。制造工艺已经到了纳米级。只能用光刻来完成。光刻就是用光刻出想要的图形。光刻需要用到掩膜版（又称光罩。Mask）。掩膜版就是把设计好的电路图雕刻在上面。让光通过后。在晶圆上刻出图形。
流片贵。一方面是因为刚开始有许多工艺需要验证。从一个电路图到一块芯片。检验每一个工艺步骤是否可行。检验电路是否具备所要的性能和功能。芯片流片过程至少持续三个月（包括原料准备。光刻。掺杂。电镀。封装测试）。一般要经过1。000多道工艺。生产周期较长。因此也是芯片制造中最重要最耗钱的环节。
如果流片成功。就可以据此大规模地制造芯片；反之。就需要找出其中的原因。并进行相应的优化设计。
其中。芯片流片贵。主要贵在掩膜版和晶圆。这两项价格不菲且都是消耗品。其中掩膜版最贵。一套中端工艺制程的掩膜版价格大约在50万美元左右。而一片晶圆的价额也在数千美元。
掩膜贵还是晶圆贵？
掩膜版是微电子制造过程中的图形转移工具或母版。其功能类似于传统照相机的“底片”。根据客户所需要的图形。通过光刻制版工艺。将微米级和纳米级的精细图案刻制于掩膜版基板上。是承载图形设计和工艺技术等内容的载体。
这种从掩膜版的图形转换到晶圆上的过程。有点类似印钞机的工作流程。把光刻机想象成印钞机。晶圆相当于印钞纸。掩膜就是印版。把钞票母版的图形印到纸张上的过程。就像光刻机把掩膜版上的芯片图形印到晶圆上一样。
掩膜版的价格主要取决于芯片所选用的“工艺节点”。工艺节点越高。流片价格就越贵。这是因为越先进的工艺节点。所需要使用的掩膜版层数就越多。据了解。在14nm工艺制程上。大约需要60张掩膜版。7nm可能需要80张甚至上百张掩膜版。
掩膜版层数多了。不仅仅是因为掩膜板的价格贵。还因为每多出一层 “掩膜板”。就要多进行一次“光刻”。就要再多涂抹一次 “光刻胶”。就要再多一次 “曝光”。然后再来一次 “显影” …。整个流程下来耗费的成本就大大增加了。
据IBS数据显示。在16/14nm制程中。所用掩膜成本在500万美元左右。到7nm制程时。掩膜成本迅速升至1500万美元。
掩膜版的总体费用。包括石英。光刻胶等原材料的成本。Mask Writer和Inspection等机台的使用成本。另外还有掩膜版相关数据的生成。包括OPC。MDP等软件授权。服务器使用和人工开发成本等等。对于一款芯片。动辄几十层的掩膜版。需要如此多的步骤。设备。软件。人员缺一不可。费用自然昂贵。
据业内人士透露。某晶圆代工厂（Foundry） 40nm流片的光罩成本大约60-90万美元；进入量产之后。每片晶圆可能3000-4000美元左右。所以。当前期生产5-25片进行产品验证用。Mask成本是主要的；如果量产很多。Mask的成本平摊到每片晶圆以后就很少了。那么则是晶圆主导成本。准确的说应该是平均到每一颗芯片上的费用便宜了。而不是总的流片费用便宜了。
如何降低流片成本？
上述种种因素影响下。芯片流片费用成为摆在设计企业面前的一个难题。那么。面对流片价格高的问题。有没有什么办法来降低成本？
MPW (Multi Project Wafer) 就是一种可以帮助设计企业降低成本的流片方式。MPW是指由多个项目共享某个晶圆。同一次制造流程可以承担多个IC设计的制造任务。将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆上流片。制造完成后。每个设计可以得到数十片芯片样品。这一数量对于原型设计阶段的实验。测试已经足够。
通俗来讲就是几家公司或机构一起购买一套掩膜版。然后生产出来的同一片晶圆上会同时存在有好几款芯片。待晶圆切割后。再把各自的芯片“领回家”。而该次制造费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积分摊。极大地降低了产品开发风险。
MPW有一定的流程。通常由晶圆代工厂或者第三方服务机构来进行组织。各种工艺在某一年之中的MPW时间点是预先设定好的。通常是越先进的工艺。安排的MPW频率越高。晶圆代工厂事先会将晶圆划好多个区域并报价。各家公司根据自己情况去预订一个或多个区域。
这对参与者来说。在设计和开发方面有一定的进度压力。但是相比之下。MPW带来的好处是显而易见的。采用多项目晶圆能够降低芯片的生产成本。为设计人员提供实践机会。并促进了芯片设计的成果转化。对IC设计人才的培训。中小设计公司的发展。以及新产品的开发研制都有相当大的促进作用。
对比来看。共享Mask的好处就是省钱。但是可能要等代工厂的时间节点。需要更多的时间。对于那些不差钱或赶时间的企业当然可以自己利用一套Mask（Full- Mask。全掩膜）。制造流程中的全部掩膜都为自己的设计来服务。通常用于设计定型后的量产阶段。机器一响。黄金万两。
因此。提升一次流片的成功率。也是降低流片成本的重要因素。
实际上。对于大部分的中小企业来说。除了价格以外。在流片或量产环节还面临着包括产能。交期在内的诸多挑战：
1.对Foundry体系不了解。缺乏工艺选型的经验和Foundry打交道的经验；
2.主流Foundry准入门槛高。新兴玩家难以申请预期的工艺或支持。沟通成本高；
3.缺乏系统的供应链管理能力。尤其在量产产能爬坡阶段。对产能。交期。质量过于乐观；
4.产能紧缺情况下。缺乏备货机制。恐慌性下单或有了订单再下单导致产能跟不上市场需求。此外。交期的变化。产能的波动都会大大增加初创公司与晶圆代工厂的沟通成本。降低效率。
摩尔精英。为客户芯片流片保驾护航
对此。中小芯片设计企业可以寻求有资源。有经验的第三方流片服务平台进行合作。一同来解决遇到的供应链难题。
以摩尔精英流片服务。可以提供完整的工艺平台。对接数十家主流晶圆代工厂。提供MPW。Full-mask及量产在内的不同工艺节点的流片服务。能够显著降低客户的商务成本和沟通成本。
另一方面。凭借自建的专业流片FAE团队。不仅为合作晶圆代工厂提供长尾客户的高效支持管理。也帮助中小公司的产品快速得到支持。协助客户选择最优工艺。并保障客户的数据安全。
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在产能方面。利用摩尔精英的know-how协助中小客户去争取产能（包括大订单。订单量趋势。提前排队。及时跟踪产能动态等）。帮助客户降低成本和缩短芯片研发周期。
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