IC 設計公司怎麼跟晶圓廠合作？從下單到交貨，一步一步看

新聞常說「某某晶片在代工廠投片」，背後是 IC 設計公司和晶圓廠之間一條很長的合作流程：先選好製程、拿到設計規則，談好產能和時程；把設計交出去做成光罩，投片之後晶圓在廠裡做好幾個月，量過，再送到封測廠測試、封裝。從下線到拿到晶片，常要好幾個月。

晶圓代工是什麼，「新聞說的「晶圓代工」是什麼？」講過；這篇講兩家公司怎麼一步一步合作。

從下單到交貨，有哪幾步？

像出一本書：出版社把稿子交給印刷廠，先講好用什麼紙、哪天開印，再做印版、開印、裝訂。晶片也是這樣，只是每一步更久、更貴，大致分成八步。

第 1 步：選製程，拿設計規則和元件模型

• 做什麼：挑一家晶圓廠、一代製程，和那一代裡的一種版本（同一代常分成偏快、偏省電、待機特別不漏電的幾種）。晶圓廠給一套設計用的檔案，常叫製程設計套件（PDK）：設計規則（線最細多細、最近能靠多近）、電晶體的模型（電腦用來算電路多快、多耗電）、檢查用的規則檔。
• 為什麼：每一家、每一代做出來的電晶體都不一樣，設計要照這間廠做得到的事來畫（見「晶片是怎麼設計出來的？」）。
• 不這樣會怎樣：規則不對，檢查就過不了；模型不對，做出來的快慢、耗電就跟電腦算的差很多。

第 2 步：談產能和時程

• 做什麼：說好大約哪天下線、先投幾片、之後每個月要多少；晶圓廠看機台排不排得下，把位子留起來。有的合約，還會先付錢把產能訂下來。
• 為什麼：晶圓一做就是好幾個月，機台又常排得很滿（見「生管在做什麼？」）。
• 不這樣會怎樣：設計好了卻排不進去，只能等；賣得好，也多做不出來。

第 3 步：下線，交出設計檔

• 做什麼：設計全部檢查過，把最後的版圖檔（每一層的圖形）交給晶圓廠，這叫下線，英文 tape-out（見「下線（tape-out）是什麼？」）。晶圓廠收到後，自己再檢查一遍。
• 為什麼：下一步做光罩又貴又久，錯要在這裡抓出來。
• 不這樣會怎樣：晶圓做出來才發現錯，錢和好幾個月一起賠進去。

第 4 步：做光罩

• 做什麼：最細的那幾層，圖案先用電腦修正；每一層再做成光罩、檢查過。光罩就是印電路用的「底片」，一整套常有幾十片（見「光罩是什麼？」）。
• 為什麼：圖案要隔著光罩用光印到晶圓上，就像印刷要先做印版。
• 不這樣會怎樣：光罩上一個沒抓到的缺陷，會印在每一片晶圓上。

第 5 步：投片

• 做什麼：光罩到了、路線排好，第一批晶圓放上生產線，開始做第一站，這叫投片（見「投片是什麼？」）。
• 為什麼：幾個月後交多少、大約哪天交，從這一天就差不多決定了。
• 不這樣會怎樣：晚一週投，就晚一週出貨；中途想追加，多半也得從第一站走起。

第 6 步：晶圓一站一站做，好幾個月

• 做什麼：晶圓走過幾百道步驟，一層一層做上去；業界常說平均要三個月左右，越先進越久（見「一片晶圓要做多久？」）。途中機台停了、貨被 Hold 住，晶圓廠要告訴客戶會不會晚。
• 為什麼：晶片要疊幾十層，每層都要印、刻、長膜、量；大部分時間還在排隊等機台。
• 不這樣會怎樣：少做一站，晶片就少一層；想快只能少排隊（例如標成急件），不能少做。

第 7 步：出廠前量 WAT，交出數據

• 做什麼：晶圓做完，先量 WAT：用探針量晶片之間留給量測的小結構，看電晶體、電阻這些基本數字對不對（見「WAT 是什麼？」）。這些數字常跟著晶圓一起交給客戶。
• 為什麼：證明這一批是照說好的製程做的，跟客戶設計時用的模型對得上。
• 不這樣會怎樣：做偏了沒發現，就一路被測、切、封裝，錢和時間都白花。

第 8 步：送到封測廠

• 做什麼：晶圓裝進出貨用的密封盒，照客戶的安排送到封測廠：先用針測把每一顆測過、畫出晶圓圖，再切開、封裝、再測一次（見「晶片怎麼測試？」）。
• 為什麼：晶片還連在晶圓上、也沒有外殼，不能直接焊到電路板上。
• 不這樣會怎樣：壞的沒先挑掉，就會一起被包起來，多花錢，甚至流到客戶手上。

第一次做，為什麼常先「共乘」？

只為了幾顆樣品就開一整套光罩，太貴了。常見的做法叫多專案晶圓（multi-project wafer，簡稱 MPW），英文也叫 shuttle，中文有人說「共乘」：好幾家的設計擠在同一套光罩上，一起做一批晶圓，錢大家分攤。像搭接駁車：不用包一整台車，但要照班表。

• 好處：只付一小部分的錢，就拿得到真的晶片；大學也常用它，讓學生做出自己設計的晶片。
• 代價：發車日子是固定的，錯過就等下一班。拿回來的晶片數量有限，多半拿來測試；要大量出貨的產品，還是要開自己的一整套光罩。

工程批和量產批差在哪？

就算開了自己的一整套光罩，新產品的頭幾批也多半是工程批：為了試、為了找問題，不是拿去賣。常會故意讓幾片做得偏快、偏慢，看設計撐不撐得住，這叫分片實驗，那幾種偏法叫角落。

量產批是要交給客戶賣的，照一份鎖定的標準做法（POR）走，每一批都要一樣。轉量產之前常要過幾關：良率夠穩、可靠度測試過了、客戶也認可了。測試還沒跑完就先投的，叫風險投片。

做出來不對、中途要改，怎麼辦？

第一批常不會一次全對。設計公司把晶片裝上板子測，晶圓廠看 WAT 和晶圓圖找哪一步偏了；兩邊對著數據找原因，良率一批一批往上爬（見「晶片越大，良率為什麼越低？」）。

• 設計錯了：改設計、再下線，重做改到的光罩，晶圓從頭走。常見的省錢做法，是事先在晶片裡撒些備用的邏輯閘，要改時只動電晶體上面的導線，只重做改到的那幾層光罩。
• 晶圓廠想改製程：客戶驗證過的是原本那一套，會影響客戶的改變，要先正式通知客戶（見「晶圓廠的變更管理是什麼？」）。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「新晶片完成下線」：設計交出去、要做光罩了，手上還沒有晶片。
• 「在代工廠投片」：晶圓開始做了，做完要好幾個月，後面還有測試和封裝。
• 「開始送樣」：先寄一些晶片給買晶片的公司試用、驗證；還不是大量出貨。
• 「訂單排到明年」：到明年的產能，大多已經排進客戶的單，新的單要等空出來的位子。

在 fab24hr 裡

主線「晶片的一生」跟著一顆虛構的助聽器晶片「螢火」。序章「下線」，它的設計交給晶圓廠，做成一套光罩。第 1 章「12 片怎麼分」在投片前一天，你是研發線的研發整合工程師，要決定第一批 12 片怎麼分；客戶的產品工程師 Leo 打視訊來看分片表。第 4 章「提早兩週」，可靠度測試還要三週，你要建議客戶等它跑完，還是先風險投片。

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」、左右滑到製程整合工程師（標著 Beta）：深夜，新產品第一批的電性結果出來了，早上八點要出貨給封測廠；晚上，客戶 Leo 在線上等你說明。點「封測廠」、滑到客戶窗口，晚班就是主線第 12 章「出貨前一晚」。

遊戲裡的公司、晶片、人物和數字都是虛構的；設計公司和晶圓廠怎麼合作，照公開的一般資料寫，每家的做法不一樣。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。