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停产半导体器件授权供货管道
The Semiconductor Lifecycle Solutions

【作者: 羅徹斯特電子】2020年08月10日 星期一

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半导体器件停产,对於电子设备制造商而言,一直是个难解之题。而购买与原厂器件完全相同的替代器件是解决此问题的有效途径。多年来,一些公司面向售後市场长期供应各种「替代」解决方案,声称其与原厂器件相同;然而,客人实际采用後发现,这些器件往往不符合要求。


从逻辑角度及技术角度来看,这些替代解决方案并不完善,只能满足一时之需,而并非全面、持久的解决问题。纵观整个半导体行业,在需求升级的推动下,许多器件(包括上述替代解决方案在内)的预期寿命都达不到三到五年,时刻面临停产。


本文将探讨市面上的多种替代解决方案,并展示罗彻斯特电子半导体器件全周期解决方案(The Semiconductor Lifecycle Solution) 如何确保元器件供应以满足客户的持续需求。基於原厂许可,罗彻斯特电子可对停产元器件进行复产。最终复产的产品在封装、适用性、功能性及性能指标等方面与原厂器件完全一致。


面对停产,建议采取的对策与措施

通常,收到停产通知後,最经济高效的应对之策是「最後一次购买」(last time buy;LTB),即囤购整个计画周期内所需的器件数量。至少,应该对该产品的未封装晶圆进行 LTB。然而,该策略受到多种条件的制约。在有些情况下,市面上并没有存货或者制造商会错失购买良机;而在另一些情况下,制造商的资金并不足以支持一次性大量购买。即便他们有能力一次性购买大量器件,也并不一定具备对其安全储存的相关设施。


如果遵从按需购买的原则,那麽制造商不得不时刻保持警惕,仅从原厂或其授权贩售者处购买替换器件,以免买到假冒伪劣产品或次等品。因此,授权管道的供货能力便成了一个制约因素。


某些替代产品可能无法实现与原厂器件完全相同

为满足对停产半导体产品功能的持续需求,最为常用的替代解决方案为:


模拟产品-使用预制的定制化的裸片所制造的元件。制造这种产品采用的矽片制程与原厂器件所采用的制程不同,但是经过修改,功能与原厂半导体器件相似。模拟产品价格昂贵,几??总是需要漫长且高成本的试错过程,而这通常还不包括在最初的成本估算中。


由於模拟器件根本无法复制原厂器件的时序、杂讯灵敏度、功率、操作和功能性等特性,最终,模拟器件必须完全重新认证。


(注:MIL-M-38510 规范要求模拟器件的零件编号必须与原厂器件不同。)

ASIC-专门针对特定用途定制的专用积体电路,而非通用积体电路。作为替代解决方案,ASIC 器件必须针对最终用途完全定制,即由制造商应用其工艺来复制原厂器件的电气功能。相比其他一些方案,ASIC 器件的制造工艺成本非常高。停产器件的 ASIC 方案是采用闸阵列或标准单元技术和方法来实现的。


闸阵列 - 一种预制矽片的积体电路,由已预置位元的数位逻辑门(如标准NAND或NOR逻辑门和电晶体等)构成。数位逻辑门均处於未连接状态,此时晶片并不具备特定功能。为定制晶片以使其执行特定功能,制造商要在最终表面添加一层(或多层)金属互连层,按晶片预期功能将数位门连接在一起。


标准单元 - 由预先设计中的电路模组组合构成的积体电路。这些电路模组相互组合可以形成新的设计。在这种方案中,其设计与闸阵列不同,每一层都采用独特设计。虽然这是最为昂贵的替代器件之一,但根据设计内容,有时仍需采用这种方案。


现场可程式设计闸阵列 (FPGA) - 这是一种可程式设计器件,由用户通过固化在记忆体件或处理器中的程式进行定制。FPGA 的成本与前述方案相比较低;然而,这类器件本身特别容易出现短期内停产的问题。


为何说上述替代方案无法真正实现完美替代?

上述替代解决方案都是采用最先进的矽加工技术制造的。虽然先进的加工技术能够生产出更优秀的产品,但也会产生一些负面影响。这种新技术生产出的器件可能在功能上能够替代原厂器件,但几??可以肯定并不能完全复制原厂器件的所有特徵。


这是因为半导体制造商一直尝试在矽片上形成尽可能多的功能元件,为此,他们会不断缩小矽片上形成的各个元件的尺寸。这可以提高系统性能并降低成本,但带来这些益处的同时,也会产生一些缺点,而这些缺点很可能会对高可靠性应用和安全关键型应用产生重大的影响。


替代产品原厂器件存在哪些差异?

主要差异在於新技术所采用的功能单元尺寸更小。这会导致:


· 器件开关速度更快(对杂讯更为敏感)


· 电容值不同(板级负载发生变化)


· 耐辐射性不同


· EMC 性能不同


替代产品的制造商通常在器件生产过程中未充分确定这些叁数的规范,也未对这些叁数执行充分测试,因此往往不会意识到上述叁数的差异。


这些差异会引发哪些问题?

开关速度更快以及电容值不同会导致器件产生异常的尖峰或工作状态异常。此类情形,或将导致设备故障。


单元尺寸更小的半导体器件与采用早期技术生产的原厂半导体器件相比,耐辐射性通常更低,这会导致闭锁或资料丢失。举例来说,如果将此类器件用於在高海拔运行的航空电子系统,会降低飞机的安全性。


此外,与原厂器件相比,单元尺寸较小的半导体器件的电气性能通常更不稳定。因此,更容易受到无线电和电视发射信号的干扰,也更容易因静电放电而受损。当涉及金属迁移 (metal migration) 问题时,由需求升级推动的最新半导体技术所生产的产品并不是以完全满足在工业/军事应用时使用达 10 年之久为目标。这些新技术在环境温度限制以及电压范围方面作出了妥协,以保证新产品达到与原有产品相同的使用寿命。


Sandia 实验室发布的研究结果显示,与原厂器件相比,单元尺寸更小的半导体器件的老化速度更快。


即使替换晶片(裸片)本身尺寸更小,但为保持与原厂器件相同的应用适配性,也必须采用同样的封装尺寸。这就需要延长晶片的邦定线或引脚,甚至采用不可靠的方法进行封装。(增大邦定线间距)。


兼具可靠性和成本效益

作为已获得 70 多家半导体器件制造商授权且能够持续生产的制造商,罗彻斯特电子可以采用原厂矽片技术来制造器件。罗彻斯特电子可以精准复产原厂已停产器件,最终复产的产品在封装、适用性、功能性及性能指标等方面与原厂器件完全一致。而提供「替代解决方案」的制造商和设计厂商则无法保证这一点。


罗彻斯特电子拥有丰富的矽晶圆库存,库存量超过 120 亿颗晶圆/裸片。其中有些晶圆从原厂购入,有些由罗彻斯特电子经原厂授权後制造。


当元器件制造商 (OCM) 不再提供晶圆後,罗彻斯特电子的设计与技术部门仍然可以复产半导体器件。复产出的器件无论是物理特性还是电气特性都与原厂器件完全相同。罗彻斯特电子保证,所有复产产品均完全符合原厂规范要求。罗彻斯特电子的所有制造和复制程式均已获得原厂的授权与支持。


此外,对於生产长生命周期产品的元器件制造商和设备制造商,罗彻斯特电子还可提供晶圆/裸片定制、现货储存和代理分销等服务。


结语

罗彻斯特电子半导体器件全周期解决方案能保证复产半导体器件与原厂器件的性能完全相同。


「替代」解决方案与原厂器件存在种种差异,有些甚至难以察觉,这种差异会引发各种故障,有些故障易於识别,有些则难以诊断。对於高可靠性应用和安全关键型应用,这些故障更容易引发无法估量的风险或後果。


目前,罗彻斯特电子的解决方案?明来自各行业的客户节省数百万美元的成本,诸如航太航空、工业、医疗、军工、安防、电信以及交通等行业。


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