台積電又赢了

來源：内容由半導體行業觀察（ID：icbank）原創，謝謝。

近期，三星和台積電的晶圓代工訂單争奪戰又開始上演。據南韓媒體報道，高通4nm旗艦處理器Snapdragon 8 Gen 1的晶圓代工訂單，原本由三星一手包辦，但是，有傳聞稱三星良率遜色，讓高通決心把Snapdragon 8 Gen 1的部分訂單交給台積電。消息人士揭露，三星晶圓代工部門生産Snapdragon 8 Gen 1的良率僅有35%。

據悉，高通請求台積電提前傳遞Snapdragon 8 Gen 1 Plus，以取代現行的Snapdragon 8 Gen 1。台積電生産的Snapdragon 8 Gen 1 Plus，有2萬片可以提前至4月出貨，第三季開始，Snapdragon 8 Gen 1 Plus每季産量達5萬片，該4nm良率超過70%，遠優于三星的4nm制程。

此外。有媒體報道，台積電已赢得蘋果所有5G射頻晶片訂單，年産能超過15萬片，采用台積電最先進的射頻制程6nm。蘋果射頻接收器原來跟高通外購，由三星以14nm制程代工，這樣看來，三星再次出現掉單窘境。

四大晶圓代工廠的射頻制程

在全球缺芯的當下，作為模拟晶片中的大宗商品，射頻晶片的需求量巨大，各大晶圓代工廠也都各施絕招，在不同制程層面扮演着不同的角色。特别是全球前四大晶圓代工廠商，在射頻晶片代工方面，台積電與三星都有10nm以下的先進制程工藝方案，而聯電與格芯則專注于成熟制程工藝，捉對厮殺。

台積電力推N6RF

為了滿足客戶對于5G網絡高速、低延遲、以及大量物聯網應用的需求，台積電提供了16nm及28nm射頻元件，通過提升截止頻率與最大震蕩頻率以支援射頻收發器設計，采用40nm特殊制程強化崩潰電壓，在來自導通電阻與斷電容的乘積降低的相同效益下，支援射頻切換器設計的應用。

在此基礎上，2021年6月，台積電在一次技術論壇上首次發表了6nm RF（N6RF）制程，将先進的N6邏輯制程所具備的功耗、效能、面積優勢帶入到5G射頻（RF）與WiFi 6/6e解決方案。相較于前一代的16nm射頻技術，N6RF半導體的效能提升超過16%。

台積電指出，相較于4G，5G智能型手機需要更多的矽晶面積與功耗來支援更高速的無線資料傳輸，5G讓晶片整合更多的功能與元件，随着晶片尺寸日益增大，它們在智能型手機内部正與電池競相争取有限的空間。台積電表示，N6RF制程針對6GHz以下及毫米波頻段的5G射頻收發器提供大幅降低的功耗與面積，同時兼顧消費者所需的效能、功能與電池壽命，還強化支援WiFi 6/6e的效能與功耗效率。

據悉，台積電資本預算中，将增加擴産中科15B的6nm制程，原因就是接獲蘋果自行開發應用在5G的射頻接收器大單，年産能超過15萬片，可望應用在蘋果2023年推出的iPhone 15。

三星推8nm射頻制程

幾乎是在台積電宣布推出N6RF制程的同時，也是在2021年6月，三星電子宣布開發出 8nm 射頻晶片制程技術，希望搶攻 5G 領域晶圓代工訂單。

三星開發了一種獨特的 8nm 射頻專用架構，名為 RFextremeFET (RFeFET)，可以顯着改善射頻特性，同時使用更少的功率。與14nm RF相比，三星的 RFeFET 補充了數字 PPA 縮放并同時恢複了模拟 / RF 縮放，進而實作了高性能 5G 平台。此外，新的 8nm RF 晶片可提高 35% 的效率且減少 35% 的面積。

據介紹，三星這種尖端的代工技術有望提供“單晶片解決方案”，專門用于支援多通道和多天線晶片設計的 5G 通信。三星的 8nm 射頻平台擴充有望将公司在 5G 半導體市場的領先地位從低于 6GHz 擴充到毫米波應用。

目前，這種8nm 射頻晶片制程技術的訂單情況還不清楚，不過，高通已經完全擁抱了三星的7nm RF制程，将其相關晶片交給三星生産，并承諾下單量還會提高。

聯電

聯電則針對毫米波（mmWave）制程完成了55nm／40nm／28nm平台，可應用于移動裝置、物聯網、5G通訊、車用電子及工業雷達。

在特殊制程方面，RFSOI技術可滿足所有4G／5G手機對射頻開關的嚴格要求，目前90nm制程已進入量産，55nm制程即将導入量産，同時已着手開發40nm RFSOI技術平台，以滿足後續5G和mmWave市場增長需求。

為應對5G射頻開關晶片(RF switch)需求成長，聯電專案開發了相關工藝，并已經進入量産階段。聯電12英寸廠5G射頻開關産品線從2020年出貨開始快速擴大。

格芯

面向智能移動裝置市場，格芯宣布推出新一代5G和Wi-Fi 6/6e手機與智能裝置所需的先進功能組合；格芯RF-SOI Sub 6GHz解決方案包含新的功能，使晶片設計人員現在可以提供更強大的5G連接配接，減少盲區，進而增加通話、遊戲和觀看流媒體的時間，并且單次充電工作時間更長；格芯FDX-RF解決方案包含新的功能，可為5G毫米波裝置提供更可靠的連接配接和更多的聯接體驗；格芯Wi-Fi解決方案現在包含新的增強型RF和功率放大（PA）功能，使Wi-Fi 6和6e晶片設計人員可以為支援Wi-Fi的新一代産品提供更高性能、更強大的Wi-Fi連接配接，進而擴大信号覆寫範圍并增加連接配接數量。

基于上面的技術更新，格芯與高通技術公司子公司Qualcomm Global Trading PTE. Ltd聯合宣布，雙方将延續在射頻領域的成功合作，繼續攜手打造5G多千兆位射頻前端産品，讓新一代5G産品能夠以小巧的外形尺寸提供使用者所期望的高蜂窩速度、出色覆寫範圍和優異能效。

工藝材料

以上簡單介紹了全球排名前四的晶圓代工廠在射頻晶片制造方面的制程情況。除了這些制程，工藝和材料也很重要，而用于射頻晶片的工藝材料種類較多，不同的晶圓代工廠，會根據自身的定位和制程特點，選用相應的工藝材料。

目前來看，這些工藝材料主要包括：砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），矽鍺（SiGe），RF CMOS，BiCMOS，以及正在興起的氮化镓（GaN）。

砷化镓非常适用于高頻電路。砷化镓元件在高頻、高功率、高效率、低噪聲指數的電氣特性均遠超過矽元件，空乏型砷化镓場效半導體(MESFET)或高電子遷移率半導體(HEMT/PHEMT)，在3 V 電壓操作下可以有80 %的功率增加效率(PAE: power addedefficiency)，非常的适用于高層(high tier)的無線通訊中長距離、長通信時間的需求。

磷化铟常用于制造高頻、高速、大功率微波器件。另外，InP基器件在IC和開關運用方面也具有優勢。

SiGe 高頻特性良好，材料安全性佳，導熱性好，而且制程成熟、整合度高，具有成本低等優勢，SiGe 不但可以直接利用半導展現有200mm 晶圓制程，達到高內建度，據以創造經濟規模，還有媲美GaAs 的高速特性。随着近來IDM 大廠的投入，SiGe 技術已逐漸在截止頻率(fT)與擊穿電壓(Breakdown voltage)過低等問題獲得改善而日趨實用。

RF CMOS 工藝可分為兩大類：體矽工藝和SOI(絕緣體上矽)工藝。由于體矽CMOS 在源和漏至襯底間存在二極管效應，造成種種弊端，多數專家認為采用這種工藝不可能制作高功率高線性度開關。與體矽不同，采用SOI 工藝制作的RF 開關，可将多個FET 串聯來對付高電壓。

以矽為基材的內建電路共有Si BJT、Si CMOS、與結合Bipolar與CMOS 特性的Si BiCMOS等。由于矽是目前半導體産業應用最為成熟的材料，是以，不論在産量或價格方面都極具優勢。目前，多以具有低噪聲、電子移動速度快、且內建度高的Si BiCMOS 制程為主。而主要的應用則以中頻子產品或低層的射頻子產品為主。

結語

随着射頻晶片應用的發展，制程和工藝材料會不斷優化，各大廠商，特别是晶圓代工廠會有更多的技術發揮空間，競争也會愈加激烈。