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苹果买下晶圆厂是为了重新定义模拟IC?
阅读次数:1580    发布日期:2016-01-14
外界没有人知道,究竟苹果(Apple)要把从Maxim买来的7万平方英呎模拟晶圆厂用 来做什么…而向来擅长让半导体供应商们为该公司开发新组件──事实上还有能力把那些半导体厂商整个吞下的苹果,有可能在未来几年对模拟IC市场带来深远影响;因此非常值得去思考苹果目前在模拟领域做了什么,那些方面的进展可能对该公司有帮助,以及那些进展有多少与制造相关。

我们 知道在那座位于美国硅谷圣荷西North First Street上的晶圆厂,里面的设备来自于包括应用材料(Applied Materials)、日立(Hitachi)、Novellus与ASML;该座晶圆厂每月产能可达7,000片8吋晶圆,工艺节点从0.6微米到90 纳米。值得注意的是,模拟芯片工艺的“甜蜜点”,目前仍在0.35微米至0.18微米之间。

上图为苹果收购的Maxim 厂房外景。《电子工程专辑》
上图为苹果收购的Maxim 厂房外景。

此外我们也知道,苹果一年为 iPhone与iPad采购的模拟组件数量,金额估计约20~25亿美元;那些组件的大宗包括客制化电源管理IC、客制化程度较低的音频编码组件,以及各 种传感器,包括运动传感器与触控屏幕感测组件。如果我们要赌苹果会在新购入晶圆厂生产这三种组件之中的哪一种,电源管理芯片似乎中奖的可能性最大;因为无 论如何巧妙打造,模拟组件都能演变为多供应来源的成熟商品,但要微缩电源管理IC的功能仍是一大挑战。

举例来说,英特尔 (Intel)尝试在Haswell系列处理器上整合电源管理功能,其目标是把PC主板上的电源与散热区域缩小,以催生更新一代的迷你PC主机;但是动 辄使用数十安培电力的机器并不容易微缩,英特尔甚至又回去使用更传统的核心电压稳压器(Vcore regulator)。

在移动设备的情况下,电源管理IC是针对每款手机或平板设备客制化的,而且根据手机功能性,可能会非常复杂;在一颗芯片上最多有26或28个不同的组件,包括2~3个300 mA开关模式稳压器,22或24个低压差线性稳压器(LDO),还有锂离子电池充电监测控制器,以及数个LED背光驱动器。苹果是采用Dialog Semiconductor 做为上述组件的供应商。

要做到那样的整合度,需要大量的辛苦工作而非任何特殊技术;你需要让 LDO与其他电压控制器顺序开启/关闭装置(或者以频率排序),以响应来自于手机应用处理器与基频处理器的指令。以BiCMOS或BCD工艺将功率晶体管植入CMOS基板的方法是目前最广为人知的,甚至对那些需要抛弃内存制造、转向服务模拟客户的亚洲晶圆厂来说。

功率晶体管植入能缓冲来自于以0.18~0.13微米工艺生产的CMOS控制逻辑的电源(电池或AC转接器);我们可以打赌,苹果从Maxim收购的晶圆厂应该也包含了晶体管植入机制。

用于传感器的生产合理吗?

有分析师猜测,苹果新买的晶圆厂将支持先进的传感器原型制作;苹果每年花在运动传感器上的采购金额约为7.5亿美元,包括支持定位服务的计步器,能为了导航或是广告目的,追踪你的行动。值得一提的是,美国加州大学柏克莱分校的睡眠科学研究人员表示,苹果iPhone内建的传感器敏感度与分辨率,足以放在床垫 下监测使用者的睡眠情况。如果是这样,Jawbone、 Fitbit等公司的智能手环或是各品牌的智能手表可能会显得多余。

虽然苹果应该是与传感器供应商非常努力地密切合作,特别是在价格方面,我却没有感觉到最近相关技术有任何突破。MEMS传感器制造的研发一直在持续,以降低 对大量化学蚀刻的依赖;在MEMS的制造过程中,通常需要在芯片上挖掘沟槽、隧道或是孔洞──这是为了制作能让超威小可移动零件在其中移动的腔室──然后 将孔洞密封起来以防潮、或是防止其他环境污染物。

MEMS供应商如InvenSense、mCube都拥有一些特殊制造技术;到目前为止,苹果则曾经采用来自Bosch、InvenSense与意法半导体(STMicroelectronics)的MEMS组件。无论如何, 此处的目标是藉由减少工艺步骤来降低成本,不涉及传感器本身的改变;而随着专门生产MEMS组件的晶圆厂越来越多,这是苹果不需要用自己的研发晶圆厂来解决的问题。

而涉及RF MEMS组件的问题就可能需要一个研发晶圆厂──数量越来越多的微型天线开关插入周期,可能为苹果的工程师带来挑战;这已经是个存在20年的老问题了,市 场研究机构Semicon的分析师Tony Massimini认为,苹果很有可能就是那个可以成功推动RF MEMS技术起飞的厂商,而该公司新购的晶圆厂就是为了这个目的。

此外还有其他传感器领域的挑战,也可能是苹果正试图克服的;举例来说,苹果可能对研发利用光谱仪或其他波长感测半导体组件的高精度气体与化学传感器有兴趣。目前产业界有大量传感器技术正在探索新应用,例如已经 内建于Apple Watch的脉搏血氧仪,还有皮肤水分传感器以及心电图探针。

有一家公司正在开发不相混 (immiscible)的半导体组件,能在分子等级读取液体的化学成分;还有另一家公司开发了红外线光谱仪,可提供分子等级的食物、药物与燃料成分分析。虽然上述这些组件的成功,可能取决于经过特殊调校的半导体工艺技术,很难说苹果是否会参与这些开发。

苹果的应用程序编程接口例如iHealth,让传感器开发商能更容易将组件与iPhone链接,但问题仍在于该公司对相关开发案的参与程度;而苹果是否真的会成为大量模拟产品发展的幕后推手呢?让我们继续观察下去!

编译:Judith Cheng

本文作者Stephan Ohr为半导体产业分析师、顾问