半導(dǎo)體是高科技產(chǎn)業(yè)，因?yàn)榫u造包括在半導(dǎo)體晶片上製造積體電路，然後再將其切割下來(lái)，最終進(jìn)行獨(dú)立封裝並進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程。
意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁暨中國(guó)區(qū)總裁曹志平指出，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，如果要為整個(gè)晶圓廠的無(wú)塵室換氣，所需的時(shí)間僅需七秒。利用一噸沙子，我們可以製造出5千片8吋晶圓。如果想知道晶圓廠製造一顆晶片的整個(gè)製程所經(jīng)歷的流程長(zhǎng)度，答案是40公里左右。而在日常生活中，大家並未完全意識(shí)和理解的這些資料。這也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的特殊性。
我們有將晶片的尺吋和動(dòng)物、人類頭髮、甚至病毒等進(jìn)行比較。在很多情況下，半導(dǎo)體晶片的尺吋相較於跳蚤、毛髮和病毒更小。目前，電晶體的大小可以是10奈米，或者是7奈米、5奈米、甚至是3奈米。因此，這也是非常特殊的製造產(chǎn)業(yè)。
關(guān)於製造週期，通常是指我們需要花一些時(shí)間來(lái)製造晶片，也需要花幾週的時(shí)間進(jìn)行晶片電測(cè)（EWS）、封裝測(cè)試以及成品品質(zhì)管控（測(cè)試）等。通常總製造週期需長(zhǎng)達(dá)20~30個(gè)星期左右，而這20~30個(gè)星期只是單純的製造時(shí)間。如果將產(chǎn)品從前端運(yùn)輸?shù)结岫斯S的時(shí)間、裝卸貨時(shí)間，以及安排交貨所需的所有時(shí)間都考慮在內(nèi)，那麼半導(dǎo)體的交貨時(shí)間通常是20週到35 週，甚至長(zhǎng)達(dá)40週不等，具體取決於產(chǎn)品的類型。
由於製造晶片的週期非常長(zhǎng)，因此我們的客戶和合作夥伴需要與半導(dǎo)體製造商提前分享其敲定的業(yè)務(wù)計(jì)畫(huà)、需要的晶片數(shù)量和晶片類型。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榘雽?dǎo)體製造商，能會(huì)遇到一些情況：一開(kāi)開(kāi)始客戶告訴我們，他們需要一定數(shù)量的某種晶片，但30週後在完成製造製程的時(shí)候，客戶可能就會(huì)告訴我們：「哦，不好意思。我們可能不需要這種晶片。現(xiàn)在我們需要另外一款不同的晶片。」這就是這個(gè)產(chǎn)業(yè)的複雜性所在。
為此，我們需要客戶儘早與我們分享他們的設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)計(jì)畫(huà)，告知我們需要何種產(chǎn)品以及所需之?dāng)?shù)量，這樣才能達(dá)到長(zhǎng)期的雙贏局面。如果需求發(fā)生變化，也許客戶會(huì)受到傷害，因?yàn)槲覀兛赡軟](méi)有做好滿足需求的準(zhǔn)備；也許半導(dǎo)體製造商亦會(huì)受到傷害，因?yàn)槲覀兛赡苌a(chǎn)大量客戶不再需要的產(chǎn)品，而讓其成為庫(kù)存。所以，這就是管理這類業(yè)務(wù)的複雜性所在。
針對(duì)ST的半導(dǎo)體製造概況，就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的定位而言，ST是一家垂直整合製造商（IDM）。在這個(gè)產(chǎn)業(yè)裡，有些公司有的專注於無(wú)廠模式（fabless），有的專注於半導(dǎo)體代工（foundry），有些還專注於封裝測(cè)試等。而ST跟這些公司都有所不同。我們是一家涵蓋晶片設(shè)計(jì)、晶圓製造、封裝和測(cè)試、銷售和支援的整條價(jià)值鏈的企業(yè)。換句話說(shuō)，ST涵蓋了無(wú)廠模式、半導(dǎo)體代工和後段製程，如封裝測(cè)試等。因此，ST不同於產(chǎn)業(yè)內(nèi)的其他公司。
ST在世界各地?fù)碛性S多製造基地。前段製程製造基地主要分佈在四個(gè)國(guó)家，包括瑞典、法國(guó)、義大利和新加坡。此外，我們還在義大利、法國(guó)、摩洛哥、馬爾他、馬來(lái)西亞、中國(guó)深圳和菲律賓擁有很多封裝和測(cè)試工廠。因此，我們擁有供應(yīng)鏈，以及遍佈不同國(guó)家的前段製程和後段製程工廠。這為我們提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，特別是在過(guò)去三年因應(yīng)新冠疫情的挑戰(zhàn)——有時(shí)某些地方會(huì)因?yàn)橐咔槎环怄i，但ST仍可以非常順利地管理內(nèi)部生產(chǎn)和供應(yīng)鏈，因?yàn)槲覀冏尞a(chǎn)品在多個(gè)工廠生產(chǎn)，而不需要依賴某個(gè)特定工廠來(lái)為客戶提供高水準(zhǔn)的服務(wù)。
人才是我們製造的基礎(chǔ)。ST在全球擁有大約5萬(wàn)至 6萬(wàn)名員工，分布在法國(guó)、義大利、亞洲和其他一些國(guó)家及地區(qū)。因此，ST是一家全球性的公司，我們的人才團(tuán)隊(duì)遍及全球各地。
我們也為客戶提供多重貨源，全盤(pán)掌控供應(yīng)鏈的保障。之前有提到，我們擁有許多不同的製造基地。在各個(gè)製造基地，專注的技術(shù)和產(chǎn)品各有不同。在極端情況下，還可以將生產(chǎn)工作遷移到其他製造基地。如此一來(lái)，我們就不會(huì)因?yàn)槿魏我粋€(gè)製造基地的任何原因而受到影響。無(wú)論是新冠疫情，還是其他任何原因，我們依然可以讓整個(gè)供應(yīng)鏈正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
ST擁有豐富的技術(shù)組合，而且大部分技術(shù)具有專有技術(shù)，也就是ST的獨(dú)家技術(shù)。 例如，我們擁有包括 BCD 在內(nèi)的智慧功率技術(shù)。 順帶一提，ST是世界上第一家開(kāi)發(fā)BCD技術(shù)的公司。此外， 我們還提供 STi2GaN和 VIPower，能夠利用專門的光學(xué)影像感測(cè)器製程等。就功率技術(shù)而言，我們提供功率MOSFET、IGBT、碳化矽（SiC）和氮化鎵 （GaN）。 我們還擁有特殊的MEMS技術(shù)，以及類比和混合訊號(hào)技術(shù)。就數(shù)位化技術(shù)而言，我們擁有 FD-SOI技術(shù)。
我們還可以與代工廠合作，提供FinFET技術(shù)。就快閃記憶體技術(shù)而言，ST擁有許多聚焦嵌入式快閃記憶體、CMOS的特殊技術(shù)。我們還擁有射頻CMOS和BiCMOS技術(shù)，由於這些技術(shù)能夠提供特有的防輻射功能，非常適用於製造衛(wèi)星相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。就封裝技術(shù)而言，我們能夠非常靈活地提供包括引線框架、層壓板、感測(cè)器模組、晶圓級(jí)等所有技術(shù)在內(nèi)的優(yōu)選組合。
ST的工廠不只是單純的工廠。我們已經(jīng)將技術(shù)研發(fā)融入到每個(gè)工廠，同時(shí)，我們擁有專門研發(fā)設(shè)計(jì)的設(shè)施——在ST的很多製造基地，這些研發(fā)設(shè)施距離我們的生產(chǎn)製造廠房很近。因此，我們的工廠不僅專注於產(chǎn)品製造，還擁有大量專注於研發(fā)設(shè)計(jì)的人員，以推動(dòng)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。
我們不僅專注於晶圓技術(shù)的研發(fā)，也專注於封裝和測(cè)試的創(chuàng)新。此外，我們還與封測(cè)代工廠（OSAT）合作，透過(guò)封測(cè)外包的形式，利用最新的技術(shù)持續(xù)推動(dòng)創(chuàng)新，以滿足終端市場(chǎng)，例如智慧出行、電源與能源，以及物聯(lián)網(wǎng)＆連網(wǎng)等市場(chǎng)的需求。
在製造策略方面，技術(shù)研發(fā)和製造策略是ST達(dá)成營(yíng)收目標(biāo)的關(guān)鍵要素之一。我們不斷投資具有競(jìng)爭(zhēng)力的專利技術(shù)，擴(kuò)大內(nèi)部產(chǎn)能，輔之以外包加工。我們致力於為客戶打造可靠的供應(yīng)鏈。ST計(jì)畫(huà)在2022 年至2025 年間將12吋晶圓的內(nèi)部製造產(chǎn)能擴(kuò)大一倍。由於汽車電動(dòng)化和可再生能源領(lǐng)域?qū)μ蓟⊿iC）的需求特別大，因此我們也在投資碳化矽技術(shù)。此外，ST亦持續(xù)投資氮化鎵（GaN）。
目前我們專注於提升8吋晶圓的內(nèi)部研發(fā)能力，計(jì)畫(huà)在2023年達(dá)成8吋晶圓的內(nèi)部製造。 除了仰賴內(nèi)部製造基地之外，ST還與外包合作夥伴（包括晶圓代工廠和封測(cè)代工廠OSAT）合作，以滿足客戶日益成長(zhǎng)的需求。此外，我們還與領(lǐng)先的數(shù)位技術(shù)和封裝技術(shù)供應(yīng)商合作。
就12吋晶圓產(chǎn)能而言，ST斥巨資投資兩個(gè)工廠。 一個(gè)工廠位於法國(guó)的克羅爾，另一個(gè)則位於義大利的阿格拉特。之前提到，我們的目標(biāo)是是以今年的產(chǎn)能作為基礎(chǔ)，並在2025年將 12吋晶圓的產(chǎn)能提升一倍。就擴(kuò)張寬能隙半導(dǎo)體的產(chǎn)能而言，我們正在義大利卡塔尼亞工廠投資碳化矽技術(shù)。這張簡(jiǎn)報(bào)（第17頁(yè)）的右上方是ST在2022 年 10 月 5 日所拍攝的照片。簡(jiǎn)報(bào)右下方是我們?cè)诜▏?guó)圖爾所投資的氮化鎵工廠。這些就是我們進(jìn)行12吋晶圓和寬能隙產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)張的主要工廠。
去年，我們宣布與格羅方德建立合作夥伴關(guān)係。我們將與格羅方德一起在法國(guó)建立專注於FD-SOI 技術(shù)之全新的製造工廠。當(dāng)該工廠投入使用後，其將成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)潔淨(jìng)工廠的標(biāo)桿。ST所有工廠和格羅方德所有晶圓廠（包括格羅方德德國(guó)德累斯頓工廠）都通過(guò)了 ISO 環(huán)境和能源管理認(rèn)證。透過(guò)這個(gè)新工廠，ST旨在減少大量能源消耗和溫室氣體排放。我們致力於確保高標(biāo)準(zhǔn)的空氣和水品質(zhì)。 因此，與格羅方德聯(lián)營(yíng)的工廠將成為永續(xù)性發(fā)展程度非常高的晶圓廠，並會(huì)在接下來(lái)幾年後一直是如此。
此外，我們還宣布將碳化矽基板製造廠整合到ST的整體製造策略當(dāng)中。眾所周知，如今碳化矽的需求量很大，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很難提供足夠的碳化矽。其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是來(lái)自基板。因此，ST 已制定計(jì)劃並採(cǎi)取實(shí)際行動(dòng)，將碳化矽基板整合到碳化矽元件和技術(shù)的整個(gè)製造策略當(dāng)中。
2019 年，我們收購(gòu)了Norstel。目前，我們正在盡一切努力擴(kuò)大產(chǎn)能，包括將生產(chǎn)從瑞典的北雪平遷至義大利的卡塔尼亞。所有這些行動(dòng)都將有利於滿足 ST 汽車和工業(yè)客戶對(duì)碳化矽元件日益成長(zhǎng)的需求。該專案是歐洲首創(chuàng)之6吋碳化矽外延基板量產(chǎn)加工一站式的工廠，承諾在不久的將來(lái)開(kāi)發(fā)出8吋晶圓，預(yù)計(jì)2023年開(kāi)始量產(chǎn)，以平衡碳化矽基板內(nèi)部供應(yīng)和外部採(cǎi)購(gòu)比例。ST將在未來(lái)五年投入資7.3億歐元建設(shè)這個(gè)專案。
義大利卡塔尼亞工廠是ST功率技術(shù)創(chuàng)新的重要基地。首先，ST在碳化矽領(lǐng)域的先驅(qū)地位要?dú)w功於25年持續(xù)的專注和研發(fā)投入，以及大量關(guān)鍵技術(shù)專利組合。卡塔尼亞工廠是ST最大的碳化矽研發(fā)和製造基地。卡塔尼亞工廠擁有成熟的功率電子生態(tài)系統(tǒng)，ST在當(dāng)?shù)嘏c不同的機(jī)構(gòu)和企業(yè)維保長(zhǎng)期的合作關(guān)係，包括卡塔尼亞大學(xué)、CNR-義大利國(guó)家研究委員會(huì)、設(shè)備及產(chǎn)品製造企業(yè)，以及供應(yīng)商網(wǎng)路等。透過(guò)加大投資，ST將強(qiáng)化卡塔尼亞工廠成為全球碳化矽技術(shù)創(chuàng)新中心的地位，並帶來(lái)進(jìn)一步發(fā)展機(jī)會(huì)。
ST也正持續(xù)擴(kuò)大 12吋晶圓產(chǎn)能。 到 2025 年，ST 12 吋晶圓產(chǎn)能佔(zhàn)所有晶圓總產(chǎn)能當(dāng)中的比率將從17% 提升到 33%。12吋晶圓的主要生產(chǎn)基地是法國(guó)的克羅爾工廠和義大利的阿格拉特工廠。
義大利阿格拉特12吋晶圓廠2023產(chǎn)能提升計(jì)畫(huà)正在順利推動(dòng)中，預(yù)計(jì)將在2023 年上半年安排大部分的生產(chǎn)認(rèn)證。受益於高塔半導(dǎo)體（Tower Semiconductor） 的產(chǎn)能共用，這個(gè)工廠達(dá)到快速產(chǎn)能提升。2022年10月，這個(gè)工廠的首個(gè)晶圓生產(chǎn)批次成功下線。透過(guò)義大利阿格拉特和法國(guó)利克羅爾雙工廠的協(xié)同作業(yè)，ST可以將克羅爾工廠的製程引進(jìn)阿格拉特工廠，以加速阿格拉特工廠的生產(chǎn)認(rèn)證。
我們可以從克羅爾工廠吸取大量12吋晶圓的製造經(jīng)驗(yàn)。這兩個(gè)工廠的藍(lán)圖也一致，阿格拉特工廠將專注類比混合訊號(hào)、BCD、eNVM技術(shù)。為使這兩個(gè)晶圓廠的設(shè)計(jì)方案相容，我們採(cǎi)用了數(shù)位孿生技術(shù)，以加速所有的流程，並確保兩個(gè)工廠都能夠透過(guò)協(xié)作並充分發(fā)揮雙方的豐富經(jīng)驗(yàn)。
.
除了投資擴(kuò)建12吋晶圓的產(chǎn)能，我們也在加速擴(kuò)建碳化矽元件的產(chǎn)能。2017 年，我們開(kāi)始量產(chǎn)碳化矽元件，並取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，車規(guī)級(jí)碳化矽出貨量突破一億。就產(chǎn)能而言，相較2020年，ST在 2022 的產(chǎn)能成長(zhǎng)了2.5倍以上，並且產(chǎn)能擴(kuò)張還在繼續(xù)進(jìn)行中。目前，卡塔尼亞和新加坡兩個(gè)工廠是ST生產(chǎn)碳化矽元件的主要基地。位於中國(guó)深圳和摩洛哥布斯庫(kù)拉的這兩個(gè)工廠則負(fù)責(zé)碳化矽元件的封裝和測(cè)試。
ST的目標(biāo)是到 2024 年達(dá)成40%以上碳化矽基板的內(nèi)部供應(yīng)。因?yàn)槲覀冎溃琒T不可能永遠(yuǎn)依賴外部提供基板。為此，ST制定策略並計(jì)畫(huà)收購(gòu) Norstel 以將其轉(zhuǎn)化為 ST的技術(shù)並擴(kuò)大產(chǎn)能，以在 2024 年之前達(dá)到 40% 碳化矽基板的內(nèi)部供應(yīng)目標(biāo)。
除了進(jìn)行碳化矽的投資之外，我們還致力於提升氮化鎵的技術(shù)能力和產(chǎn)能，以達(dá)到公司的營(yíng)收目標(biāo)。ST擁有功率轉(zhuǎn)換GaN和射頻功率GaN技術(shù)。我們?cè)诜▏?guó)圖爾還擁有了8吋功率GaN晶圓廠。同時(shí)，外延基板研發(fā)能力和試製生產(chǎn)線也已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。我們?cè)?022年完成了晶圓廠的生產(chǎn)認(rèn)證，將在2023年開(kāi)始量產(chǎn)和增產(chǎn)。除了這個(gè)8吋的功率GaN晶圓廠，我們還在義大利卡塔尼亞擁有6吋射頻GaN晶圓廠，該廠在2022年完成了晶圓廠生產(chǎn)認(rèn)證。我們也非常重視GaN技術(shù)，因?yàn)樗芘cSiC技術(shù)互補(bǔ)，滿足客戶對(duì)功率元件的需求。
在內(nèi)部產(chǎn)能擴(kuò)建，我們投入了很多精力和財(cái)力。然而，僅僅依靠?jī)?nèi)部產(chǎn)能還是無(wú)法滿足客戶需求。為此，我們也與一些外包合作夥伴進(jìn)行合作，發(fā)展策略性的製造外包。例如，就前段製程而言，有80%的晶圓產(chǎn)能透過(guò)ST內(nèi)部資源完成，而有20%的產(chǎn)能需透過(guò)與合作夥伴合作獲取外部資源完成。就後段製程而言，ST內(nèi)部能完成65%的封測(cè)工作，而ST的封測(cè)代工廠 （OSAT）則能完成 35% 的封測(cè)工作。透過(guò)採(cǎi)用策略和運(yùn)營(yíng)模式，我們可以非常靈活地因應(yīng)客戶需求的成長(zhǎng)，管理內(nèi)部產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)畫(huà)，並確保所有流程的流暢性，以為客戶提供高品質(zhì)的服務(wù)。
