新聞說的「成熟製程」是什麼？舊幾代的晶片為什麼還很重要

新聞常說的「成熟製程」，就是已經大量生產很多年的舊幾代作法：「成熟製程缺貨」「成熟製程供過於求」「擴充成熟製程產能」，講的都是用這些作法做的晶片。「2 奈米」「3 奈米」這種名字，代表的是一代製程（名字怎麼來，新聞說的「2 奈米」那一篇講過）；最新的那幾代叫先進製程，往前推好幾代、已經做得很熟的，就叫成熟製程。英文叫 mature node，新聞也常說 legacy chips，直譯是「舊世代晶片」。

幾奈米算「成熟」？跟先進製程怎麼分？

沒有統一的分界。常見的一種說法，是把 28 奈米和比它更舊的幾代算成熟製程；也有人把線畫在更新一點的地方。

這條線也會跟著時間往前移。今天的先進製程，過幾年等更新的一代出來，也會慢慢變成成熟製程。

「成熟」的意思是：機台、材料、每一道步驟都用了很多年，會出的問題大多已經找出來、解決了，做起來穩，好的晶片佔的比例（良率）也高。新的一代剛開始做的時候，正好相反。

為什麼不全部改用最新的一代？

最新一代的好處，是同樣大小的地方放得下更多開關（電晶體），跑得更快、更省電。手機和電腦裡負責運算的處理器、AI 晶片，最需要這個。

可是很多晶片要做的事不一樣。它們用不到那麼多開關，要的是別的東西：

• 耐高電壓、大電流：充電器和電源晶片，要把插座或電池的電，轉成各部分要用的電壓。電壓高、電流大，開關就得做大，開關裡那一層絕緣也得做厚。最新一代的開關又小又薄，只能用很低的電壓，電壓一高就可能被擊穿。
• 耐熱、耐冷、用很多年：車上的晶片，冬天停在戶外、夏天待在引擎附近，都得正常工作；車子、工廠的機器、醫療器材，一用就是很多年。
• 便宜、穩定、一直買得到：一台家電、一台車要用很多顆晶片，每一顆都得便宜。同一顆晶片也要很多年後還買得到，因為換一顆晶片，整台機器常常要重新測過一遍。

這些事，舊幾代的作法就做得好，又穩又便宜。

類比晶片為什麼不愛縮小？

晶片裡有一大類叫類比晶片：它處理的不是只有 0 和 1 的訊號，而是連續變化的東西，像聲音的大小、溫度的高低、光有多亮、電池還剩多少電。感測器、管電源的晶片、收發無線訊號的晶片，裡面都有很多類比電路。

類比電路做小，好處不大，有時反而更難做：

• 最新一代用的電壓很低，訊號能上下擺動的範圍就變小，一點點雜訊就顯得很大，像有人很小聲說話，旁邊一點雜音就聽不清楚。
• 類比電路常要用電阻、電容這類零件。它們要多大，看要的數值；開關縮小了，它們不會跟著縮小。

所以很多類比晶片，一直用舊幾代的作法做。

為什麼舊的作法比較便宜？

主要的原因有三個：

1. 機台的錢已經攤完了。晶圓廠的機台非常貴，買來之後每天都在折舊（晶圓廠為什麼 24 小時不停那一篇講過）。做舊幾代晶片的產線，很多已經用了很多年，機台的錢早就攤提完，現在每做一片，要分攤的就少很多。
2. 步驟比較少。越新的一代，一顆晶片要走的步驟越多、越難做；舊幾代走的路短一些。
3. 做得熟。良率高、很少出意外，報廢的少。

做電源、類比、感測器晶片的產線，很多還在用直徑 20 公分（8 吋）的晶圓，比最新的產線常用的 30 公分小一號。

用到它的東西有多少？

非常多。車子、家電、充電器、工廠的機器、醫療器材、網路設備，裡面很多晶片都是成熟製程做的。一台新一點的車，晶片可能多到上千顆（看怎麼算），其中很多用的就是這種作法。

手機也一樣。負責運算的處理器常用最新的一代，旁邊管電源、管充電、做感測的晶片，很多是成熟製程。

為什麼新聞一下說缺貨、一下說供過於求？

因為需求變得快，產能變得慢。

需求可能一下子變多：大家同時多買某種產品，或同時想多存一點晶片備著。產能卻沒辦法馬上跟上。在原來的廠裡多開產線，要先買到機台、裝好、調到穩定，常常要好幾個月以上；蓋一座新廠更久，要以年來算。就算機台有空，一片晶圓從投片到做完，也要好幾週到幾個月。

一台車少了一顆小小的、不貴的晶片，整台車就裝不完。所以成熟製程一缺貨，影響的常常是很大的東西。

反過來，缺貨的時候大家都去加產線，幾年後一起做好；如果那時需求已經慢下來，產線就多出來，工廠搶著接單，新聞就說「供過於求」。一缺一多，常常就是這樣輪著來。

成熟製程會被淘汰嗎？

不會。它跟先進製程是分工，不是新的把舊的換掉。需要塞最多開關的晶片，用先進製程；要耐電壓、耐用、便宜的晶片，用成熟製程。一個產品裡，常常兩種都有。

成熟的作法也還在改良，會再做出更省電、更耐用，或多一種功能的版本。新聞說的先進封裝，也會把最需要的那一塊用最新一代做、其他塊用舊幾代做，再包在一起（新聞說的「先進封裝」那一篇講過）。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「成熟製程缺貨」：用舊幾代作法做的晶片，需要的比產線做得出來的多。車子、家電可能因為少了幾顆小晶片，晚一點才做得完。
• 「成熟製程供過於求」：能做這些晶片的產線，比需要的多，工廠搶著接單。
• 「擴充成熟製程產能」：多開一些用舊幾代作法做晶片的產線，做車子、家電、電源要用的那種。
• 「先進製程、成熟製程」：一邊是最新的幾代，塞最多的開關；一邊是做了很多年、穩定又便宜的舊幾代。兩邊做的是不同的晶片。

在 fab24hr 裡

遊戲裡的晶圓廠是虛構的，沒有說它是幾奈米。主線「晶片的一生」跟著一顆助聽器晶片「螢火」走。在「打工人的一天」當研發線的爐管研發製程工程師，午班會讀到一句：螢火用的是成熟的一代製程，電晶體不是最小的那一種。這顆晶片最在意的是另一件事：主線第 10 章「待機電流」，客戶 Leo 說，待機電流是這顆晶片最重要的數字，因為一顆電池要多撐好幾天。待機電流就是晶片待機時還在流的電，開關關著還漏掉的電都算在裡面。就算是成熟的一代，研發線還是要替它調新的條件、試新的步驟。遊戲裡的公司、晶片、人物都是虛構的；成熟製程是什麼、為什麼還重要，照公開的一般資料寫，沒有統一數字的地方只寫一般說法。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。