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各类显示驱动芯片工艺节点解析(附8/12英寸产IC价格排序)

时间:2022-03-13 14:24:52 作者:Omdia 阅读:
• 大尺寸LCD驱动IC大多是在8英寸晶圆厂使用110纳米至300纳米工艺生产的。然而,在8英寸晶圆厂中,还有电源管理IC(PMICs)、CMOS图像传感器(CIS)、可信平台模块(TPMs)和微控制器(MCUs)共享产能。 • 智能手机LCD和OLED驱动IC大多是在12英寸晶圆厂使用28纳米至90纳米工艺生产的。然而,12英寸晶圆厂中,还有PMICs、CIS、TPMs、MCUs、底板管理控制器(BMCs)和时序控制器(T-cons)共享产能。
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显示驱动芯片(DDIC)是显示面板制造中的一个关键部件。通常,无晶圆厂IC设计公司(如联咏科技、奇景光电和LX Semicon)设计DDIC,在半导体晶圆代工厂中采用不同的工艺节点(以微米[µm]或纳米[nm]为单位)制造IC芯片。晶圆代工厂作为原始设备制造商(OEM)与IC公司合作,或为分包商制造关系。之后,IC封装和测试公司完成DDIC的后道工序。然后,DDIC被交付给显示面板厂商,将IC粘合在面板上,实现显示信号驱动功能。

DDIC通常以带载封装(TCP)形式包装和运输。图1显示了LCD面板和DDIC之间的关系。

图1:LCD面板和DDIC

Source: 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表示X轴,而2160表示Y轴。3840x2160分辨率表示面板有3840x2160(8,294,400)个像素。每个像素有三个子像素(红、绿、蓝)。因此,面板总共有3840xRGBx2160(2490万)个子像素。

像素和子像素构成了分辨率。DDIC的功能是驱动这些子像素的显示信号。因此,分辨率和每颗DDIC的信道数(pin)决定了每片面板中DDIC的数量,而不一定由面板尺寸决定。

当涉及到DDIC规格时,面板的分辨率是最关键的因素。

在制造DDIC时,晶圆代工厂的工艺节点是最关键的因素。

DDIC通过不同的粘合技术被粘合在面板边缘,如COG (chip-on-glass) 和COF (chip-on-film)。柔性OLED面板也采用COP (chip-on-plastic) 方式,如图2所示。

图2:DDIC的COG、COF和COP粘合

Source: Omdia

由于分辨率是以X轴和Y轴形式出现的,所以有几种驱动IC:

  • 源极驱动芯片(Source driver IC):它驱动X轴上的信号,也被称为source端或column端。
  • 栅极驱动芯片(Gate driver IC):它驱动Y轴上的信号,也被称为gate端或row端。在现代,许多面板设计是无栅极或GOA (gate-on-array),以节省面板边缘空间,使边框更薄。GOA将栅极驱动电路集成到TFT阵列中,这样就可以省掉栅极驱动IC部分。
  • 智能手机DDIC(Smartphone DDIC):它将源极和栅极集成到单一驱动芯片中。
  • 触控和显示驱动集成(TDDI):这将触控芯片与显示芯片整合进单一芯片中。

图3显示了DDIC的供应链:

图3:中国台湾的DDIC行业

Source: ChipMos

正如前面所述,DDIC是在半导体晶圆厂里制造的。下图展示了晶圆的外观和上面的IC芯片。

图4:半导体硅晶圆与IC芯片的对比

Source: ChipMos and DISCO

半导体晶圆有两个重要的特征:

  • 晶圆尺寸:半导体晶圆有几种尺寸: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)。主流的尺寸是8英寸和12英寸。
  • 工艺节点:这指的是电路铸造的工艺工艺节点。工艺节点越小,在一块晶圆上可以制造的集成电路就越多。此外,在裸芯片(IC die chip)上可以设计出更微妙和复杂的电路。工艺节点是以纳米来衡量的。一纳米等于一米的十亿分之一(0.000000001米)。在科学符号中,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是相关的。12英寸晶圆代工厂比8英寸晶圆代工厂新;因此,12英寸晶圆采用的工艺节点比8英寸晶圆的工艺节点更先进。

8英寸晶圆厂通常使用100纳米到500纳米的工艺制造芯片。

对于12英寸晶圆来说,它们通常采用150纳米和更小的工艺节点,大多在14纳米到90纳米之间。

目前,世界上最先进的晶圆工艺节点是中国台湾台积电的3纳米和5纳米,如图5所示。

图5:台积电的3纳米和5纳米晶圆工艺节点

Source: TSMC

然而,DDIC不需要用如此精细的工艺工艺来生产。DDIC需要的工艺节点为28纳米到300纳米。

一般来说,DDIC和工艺节点之间的关系可以归纳为以下几点:       

  • 高清分辨率的大尺寸TFT LCD驱动IC:200纳米至300纳米
  • FHD大尺寸TFT LCD驱动IC:110纳米至160纳米
  • 4K (UHD) TFT LCD驱动IC:55纳米至90纳米
  • 智能手机和平板电脑TDDI驱动IC:55纳米至90纳米
  • 标准分辨率(HD)TDDI驱动IC:55纳米至110纳米
  • 高分辨率(FHD及以上)TDDI驱动IC:40纳米至55纳米
  • 高分辨率OLED驱动IC:28纳米至40纳米

没有专门生产DDIC的半导体晶圆厂,这表示晶圆代工厂生产各种不同的逻辑IC和应用IC ─ DDIC只是其中之一。这种产能共享在半导体行业内造成了供需波动。

在半导体行业中,有许多不同的逻辑和应用IC共用晶圆代工厂产能。它们与DDIC的关系如图6所示。

图6:工艺节点、应用和DDIC的对比

Source: Omdia

  • Type-B USB接口IC在8英寸晶圆厂中使用250–500纳米工艺生产。
  • PMIC在8英寸晶圆厂中采用110–180纳米工艺生产。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分辨率的车载显示源极驱动芯片是在8英寸和12英寸晶圆厂中采用110–160纳米工艺生产的。
  • 由于产能共享,PMIC的紧缺正在影响车载显示源极驱动芯片。
  • 对于液晶电视面板,高清分辨率的源极和栅极驱动IC是在8英寸晶圆厂使用200–300纳米工艺生产的。FHD和UHD源极驱动IC是在8英寸晶圆厂使用110–160纳米工艺生产的。
  • 对于液晶桌上型显示器面板,HD和FHD源极和栅极驱动IC是在8英寸晶圆厂中用190-300纳米工艺制造的。FHD、UHD和高分辨率游戏显示驱动IC是在8英寸晶圆厂中用110-160纳米工艺制造的。
  • 对于笔记本电脑面板,HD驱动IC是在8英寸晶圆上采用200-300纳米工艺制造的,而FHD和UHD驱动IC是在8英寸晶圆上采用110-160纳米工艺制造。一些高分辨率的UHD源极驱动IC是在12英寸晶圆上采用70-80纳米工艺制造的。
  • T-con芯片是在8英寸和12英寸晶圆上分别采用100-110纳米或40–55纳米工艺制造的,范围很广。有些甚至是用28纳米以下的工艺制造的。
  • FoD (Fingerprint-on-display ) IC是在8英寸晶圆上采用180纳米工艺制造的。
  • 所有平板电脑和智能手机的LCD和OLED DDIC都是在12英寸晶圆上制造的。TDDI芯片是主流,它将触控芯片与显示芯片整合在单一芯片中。
  • 平板显示TDDI驱动IC是在12英寸晶圆上使用55-90纳米工艺制造的。
  • 智能手机高清分辨率TDDI驱动芯片是在12英寸晶圆厂采用55-110纳米工艺制造的。
  • 智能手机FHD TDDI驱动芯片是在12英寸晶圆上采用40–55纳米工艺制造的。
  • CIS在12英寸晶圆代工厂产能中占据重要地位。低端CIS与大尺寸TFT LCD显示驱动IC共享产能,而中端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是在12英寸晶圆上使用28–40纳米工艺制造的。

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

然而,IC的价格始终是第一考虑因素。晶圆代工厂商,如台积电(TSMC)、联电(UMC)、Global Foundries、力积电(PSMC)、世界先进(VIS)、晶合集成(Nexchip)、中芯国际(SMIC)、华邦电子(Winbond)等,都在经营分包制造业务。因此,实现收益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分配的一个因素。

下图显示了8英寸和12英寸晶圆厂的产能分配优先级与IC价格水平。

图7:8英寸晶圆应用和IC价格水平

Source: Omdia

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管(MOSFETs):110-300纳米
  • LED驱动IC:300–500纳米
  • NOR闪存IC:100-180纳米
  • 音频IC:110-300纳米
  • DDIC:110-300纳米,特别是用于9英寸及以上的大尺寸TFT LCD面板
  • T-cons: 110-180纳米
  • CIS: 110–280纳米
  • TPM ICs: 110–280纳米
  • PMICs: 110–280纳米
  • Retimer/redriver IC(用于PC内部传输):110-180纳米
  • USB控制器:110-180纳米
  • MCU,特别是用于汽车应用:150-300纳米

如上所示,MCU是8英寸晶圆上价格最高的芯片,而DDIC的价格水平居中。

当MCU需求激增时,8英寸晶圆往往会生产更多的MCU,而不是价格较低的MOSFET。另一方面,PMIC和DDIC的需求稳定,因此晶圆代工厂商总是为PMIC和DDIC分配一定的产能。

然而,随着电动汽车的增长、5G电信的增长以及所有设备的功耗问题导致了PMIC需求的激增。这种激增影响到晶圆代工厂商对PMIC和DDIC的产能分配。

图8:12英寸晶圆应用和IC价格水平

Source: Omdia

对于12英寸晶圆,从低到高的IC价格排序如下:

  • NOR闪存IC:55–90纳米
  • T-cons: 22–90纳米
  • 用于智能手机LCD和OLED的DDIC:28-55纳米
  • CIS: 22–90纳米
  • TPM IC: 40–60纳米
  • PMIC: 55–90纳米
  • Retimer/redriver IC(用于PC内部传输):110-180纳米
  • USB控制器:28–90纳米
  • MCU: 40–90纳米
  • 存储控制IC:28–40纳米
  • 复杂可编程逻辑器件(CPLD),也是逻辑IC:22-28纳米
  • 现场可编程逻辑门阵列(FPGA),通常是定制的:22-28纳米
  • BMCs,用于PC服务器和网络设备:28-60纳米
  • 网络IC:14纳米以下和14-55纳米,取决于设计和规格
  • CPU,包括GPU:14纳米以下

在12英寸晶圆厂,CPU和GPU是最赚钱的产品。晶圆代工厂商关心的是其12英寸晶圆厂的盈利,而不是保持100%的产能利用率。

就IC价格而言,DDIC是12英寸晶圆产品中价格最低的产品之一。OLED和笔记本显示面板需求的增加,抢占了12英寸晶圆厂40-55纳米工艺的更多产能。在28-55纳米节点范围,DDIC有许多产能竞争者,如CIS、TPM、retimer/redriver/MCU和BMC。

责编:Luffy
  • 合适的是最好的
  • 想知道中芯為麼做不出來哈哈哈哈哈哈哈
  • 到現在還沒醒來真是搞笑
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