浅谈晶圆代工厂制程节点和应用场景（浅谈晶圆代工厂制程节点和应用技术）

显示驱动芯片（DDIC）是显示面板制造中的关键部件。通常，无晶圆厂IC 设计公司（例如Novatek、Himax 和LX Semicon）在半导体代工厂中使用不同的工艺节点（以微米[m] 或纳米[nm] 为单位）设计DDIC 来制造IC 芯片。代工厂作为原始设备制造商(OEM) 或制造关系中的分包商与IC 公司合作。随后，封测公司完成DDIC的后端流程。然后，DDIC交付给显示面板制造商，将IC粘合到面板上，实现显示信号驱动功能。

DDIC 通常以载带封装(TCP) 形式进行包装和运输。图1显示了LCD面板和DDIC之间的关系。

图1：LCD 面板和DDIC

来源：ChipMos

显示面板的分辨率通常以像素和子像素的形式出现。例如，FHD 面板意味着分辨率为1920x1080，而4K 或超高清(UHD) 面板意味着分辨率为3840x2160。 3840代表X轴，而2160代表Y轴。 3840x2160 分辨率意味着面板具有3840x2160 (8,294,400) 像素。每个像素有三个子像素（红、绿、蓝）。因此，该面板共有3840xRGBx2160（2490 万）个子像素。

像素和子像素组成了分辨率。 DDIC的作用就是驱动这些子像素的显示信号。因此，分辨率和每个DDIC 的通道（引脚）数量决定了每个面板中DDIC 的数量，而不一定是面板尺寸。

当谈到DDIC 规格时，面板的分辨率是最关键的因素。

在制造DDIC时，代工厂的工艺节点是最关键的因素。

DDIC通过不同的接合技术接合到面板的边缘，例如COG（玻璃上芯片）和COF（薄膜上芯片）。柔性OLED面板也采用COP（塑料芯片）方法，如图2所示。

图2：DDIC的COG、COF和COP键合

资料来源：奥姆迪亚

由于分辨率以X 轴和Y 轴的形式出现，因此有几种驱动器IC：

源极驱动IC：驱动X轴上的信号，也称为源端或列端。

栅极驱动IC：驱动Y轴上的信号，也称为栅极端或行端。现代，许多面板设计都是无栅极或GOA（栅极阵列），以节省面板边缘空间并使边框更薄。 GOA将栅极驱动电路集成到TFT阵列中，从而可以省略栅极驱动IC部分。

智能手机DDIC：它将源极和栅极集成到单个驱动器芯片中。

触摸与显示驱动集成（TDDI）：将触摸芯片和显示芯片集成到单个芯片中。

图3展示了DDIC的供应链：

图3：中国台湾DDIC产业

来源：ChipMos

如前所述，DDIC 是在半导体工厂制造的。下图显示了晶圆的样子以及上面的IC芯片。

图4：半导体硅片与IC芯片对比

资料来源：ChipMos 和DISCO

半导体晶圆有两个重要特性：

晶圆尺寸：半导体晶圆有多种尺寸：6 英寸（直径150 毫米）、8 英寸（直径200 毫米）和12 英寸（直径300 毫米）。主流尺寸为8英寸和12英寸。

工艺节点：指电路铸造的工艺节点。工艺节点越小，单个晶圆上可以制造的集成电路就越多。此外，还可以在裸芯片（IC芯片）上设计更精细、更复杂的电路。工艺节点以纳米为单位进行测量。一纳米等于十亿分之一米（0.000000001 米）。在科学记数法中，一纳米可以表示为1x10-9 米或1/1,000,000,000 米。

晶圆尺寸和工艺节点相关。 12英寸晶圆代工厂比8英寸晶圆代工厂更新；因此，12英寸晶圆所采用的工艺节点比8英寸晶圆更先进。

8英寸晶圆厂通常使用100nm至500nm工艺来制造芯片。

对于12英寸晶圆，他们通常使用150nm及更小的工艺节点，大多在14nm到90nm之间。

目前，全球最先进的晶圆工艺节点是台湾台积电的3nm和5nm，如图5所示。

图5：台积电3nm和5nm晶圆工艺节点

来源：台积电

然而DDIC并不需要如此精细的工艺技术来生产。 DDIC所需的工艺节点从28纳米到300纳米。

一般来说，DDIC与工艺节点的关系可以概括为以下几点：

高清分辨率大尺寸TFT LCD驱动IC：200nm至300nm

FHD大尺寸TFT LCD驱动IC：110nm至160nm

4K（超高清）TFT LCD驱动IC：55nm至90nm

智能手机和平板电脑TDDI 驱动器IC：55nm 至90nm

标准分辨率(HD) TDDI 驱动器IC：55nm 至110nm

高分辨率（FHD及以上）TDDI驱动IC：40nm至55nm

高分辨率OLED驱动IC：28nm至40nm

没有专门生产DDIC的半导体晶圆厂，这意味着代工厂生产各种不同的逻辑IC和应用IC——DDIC只是其中之一。这种产能共享造成了半导体行业内的供需波动。

在半导体行业，有许多不同的逻辑和应用IC共享代工产能。它们与DDIC 的关系如图6 所示。

图6：工艺节点、应用和DDIC的比较

资料来源：奥姆迪亚

B型USB接口IC在8英寸晶圆厂采用250-500nm工艺生产。

PMIC 采用110-180nm 工艺在8 英寸晶圆厂生产。目前，为了利用12英寸晶圆厂增加的产能，正在开发在12英寸晶圆上使用80-90纳米工艺制造PMIC。

宽屏扩展图形阵列(WXGA) 和FHD 分辨率汽车显示源驱动器芯片采用110-160nm 工艺在8 英寸和12 英寸晶圆厂生产。

由于产能共享，PMIC的短缺正在影响汽车显示源驱动芯片。

对于液晶电视面板，高清分辨率源极和栅极驱动器IC 在8 英寸晶圆厂中采用200-300nm 工艺生产。 FHD 和UHD 源驱动器IC 在8 英寸晶圆厂采用110-160nm 工艺生产。

对于LCD 桌面显示面板，HD 和FHD 源极和栅极驱动器IC 在8 英寸晶圆厂中采用190-300nm 工艺制造。 FHD、UHD 和高分辨率游戏显示驱动器IC 在8 英寸晶圆厂采用110-160nm 工艺制造。

对于笔记本电脑面板，HD驱动IC采用200-300nm工艺在8英寸晶圆上制造，而FHD和UHD驱动IC则采用110-160nm工艺在8英寸晶圆上制造。一些高分辨率UHD 源驱动器IC 采用70-80nm 工艺在12 英寸晶圆上制造。

T-con 芯片分别采用100-110nm 或40-55nm 工艺在8 英寸和12 英寸晶圆上制造。有些甚至采用28 纳米以下工艺制造。

FoD（显示屏指纹）IC 采用180nm 工艺在8 英寸晶圆上制造。

用于平板电脑和智能手机的所有LCD 和OLED DDIC 均采用12 英寸晶圆制造。 TDDI芯片是主流，将触控芯片和显示芯片集成到一个芯片中。

平板显示器TDDI 驱动器IC 采用55-90nm 工艺在12 英寸晶圆上制造。

用于智能手机的高清分辨率TDDI驱动芯片在12英寸晶圆厂采用55-110纳米工艺制造。

智能手机FHD TDDI驱动芯片采用40-55nm工艺在12英寸晶圆上制造。

CIS在12英寸晶圆代工厂产能中占有重要地位。低端CIS与大尺寸TFT LCD显示驱动IC共享产能，中端CIS与智能手机高清TDDI共享产能。高端CIS与智能手机FHD TDDI共享产能。

AMOLED DDIC 采用28-40nm 工艺在12 英寸晶圆上制造。

半导体晶圆厂通常与无晶圆厂IC 设计公司（包括DDIC 制造公司）签订长期合同，以分配晶圆产能。

然而，IC的价格始终是首要考虑的因素。晶圆代工厂如台积电(TSMC)、联电(UMC)、格罗方德(Global Foundries)、PSMC、VIS、Nexchip、中芯国际(SMIC)、华邦电子(Winbond)等，均从事委外制造业务。因此，收入和利润最大化是他们的首要任务。

IC芯片的价格水平是决定产能配置的因素。

下图显示了8英寸和12英寸晶圆厂的产能分配优先级和IC价格水平。

图7：8英寸晶圆应用及IC价格水平

资料来源：奥姆迪亚

对于8英寸晶圆，IC价格从低到高排序如下：

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)：110-300 nm

LED 驱动器IC：300500 nm

NOR闪存IC：100-180nm

音频IC：110-300 nm

DDIC：110-300 nm，特别适用于9英寸及以上大尺寸TFT液晶面板

T-cons：110-180 nm

CIS：110280 nm

TPM IC：110280 nm

PMIC：110280 nm

重定时器/重驱动器IC（用于PC 内部传输）：110-180 nm

USB控制器：110-180 nm

MCU，特别是汽车应用：150-300 nm

如上所示，MCU 是8 英寸晶圆上最昂贵的芯片，而DDIC 则处于中间位置。

当MCU 需求激增时，8 英寸晶圆往往会比更便宜的MOSFET 生产更多的MCU。另一方面，PMIC和DDIC的需求稳定，因此晶圆代工厂总是为PMIC和DDIC分配一定的产能。

然而，电动汽车、5G 电信的增长以及所有设备的功耗问题导致PMIC 需求激增。这种激增影响了晶圆代工厂PMIC和DDIC的产能分配。

图8：12英寸晶圆应用及IC价格水平

资料来源：奥姆迪亚

对于12英寸晶圆，IC价格从低到高排名如下：

NOR 闪存IC：5590nm

T-cons：2290 nm

用于智能手机LCD 和OLED 的DDIC：28-55nm

CIS：2290 nm

TPM IC：4060 nm

PMIC：5590 nm

重定时器/重驱动器IC（用于PC 内部传输）：110-180 nm

USB 控制器：2890 nm

MCU：4090nm

内存控制IC：2840nm

复杂可编程逻辑器件(CPLD) 以及逻辑IC：22-28nm

现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，通常定制：22-28nm

PC服务器和网络设备的BMC：28-60 nm

网络IC：Sub-14nm 和14-55nm，取决于设计和规格

CPU，包括GPU：14nm以下

在12英寸晶圆厂中，CPU和GPU是利润最高的产品。晶圆代工厂关心的是其12英寸晶圆厂的盈利能力，而不是维持100%的产能利用率。

从IC价格来看，DDIC是12英寸晶圆产品中价格最低的产品之一。 OLED和笔记本电脑显示面板需求的增加，抢占了12英寸晶圆厂40-55nm工艺的更多产能。在28-55nm节点范围内，DDIC有许多产能竞争对手，例如CIS、TPM、重定时器/重驱动器/MCU和BMC。