由於組件技術與晶片代工廠商之間的緊密聯繫，本文描述了設計人員在設計外部代工廠代工的MMIC時可能遇到的流程問題。它還涉及與通過代工廠製造MMIC設計相關的一些經濟問題以及在考慮多功能MMIC設計時的權衡。

使用Foundry（代工廠）

使用MMIC代工廠設計和製造符合規格的晶片是代工廠和設計晶片的客戶之間的互動練習，如圖1所示。它從雙方的討論和協議開始，經歷設計過程和晶圓製造，並在晶片經過全面測試並交付給客戶時結束。

協議和討論

與代工廠的互動通常始於客戶和代工工程師之間關於代工廠能力和可用選項的非正式討論。這將是一個非常籠統的層面，討論諸如可用的工藝技術，關鍵性能，有源器件在工藝上的基準，以及代工廠已經生產的電路類型的例子等方面的內容。這也是客戶應確保代工廠能夠以能夠與客戶的CAD仿真工具一起使用的形式提供電子設計數據的時間。

當客戶和代工廠決定在合作中可能存在互惠互利時，他們通常會簽訂保密協議（NDA）以保護代工廠的專有信息和客戶的設計細節。這將允許代工廠向客戶傳遞更詳細的工藝流程和設計信息，以便客戶可以正確評估工藝能力與其設計要求之間的匹配程度。它還允許客戶與代工廠工程師討論他們的設計規格，以獲得他們的經驗和反饋，以了解工藝符合規格的可能性。

當雙方都滿意時，客戶和代工廠簽訂了晶圓協議，確認了所需的工藝選項，晶圓或批量晶圓的生產數量以及交付的時間要求。該協議還可能包括直流和RFOW測試規格以及所有晶片分離和質量檢驗要求等。

交付設計數據

協議簽署後，代工廠將向客戶提供開始設計MMIC所需的所有設計數據。這些數據通常包括設計手冊和電子文件，其中包含商定的MMIC工藝的CAD模擬和布局庫。

設計手冊通常是一個特定於所需工藝的受控文檔，其中包含有關MMIC工藝的大量背景信息以及補充電子CAD庫所需的所有基本信息。它將包含一個工藝描述和描述設計器可用的所有有源，無源和接口組件部分的信息內容。該手冊還將概述代工廠特有的布局規則和程序。它還可能包含代工廠運作的質量保證和工藝控制細節，並描述在將完成的MMIC發布給客戶之前必須滿足的晶圓批准條件。

CAD仿真和布局庫將專門為一個特定的仿真工具創建，並且可能特定於CAD工具運行的硬體和作業系統。這些電子文件將包含可由該工藝製造的完整組件庫，包括原理圖布局，基礎電氣模型，相關物理布局以及可能的設計規則文件。

電路設計

一些代工廠提供電路設計服務和設計工程師的諮詢服務，但這個階段通常只由客戶負責;因此，這是我們這個系列文章所涉及的主要領域。代工廠通常很樂意回答有關其組件和模型的功能和應用範圍的問題，但不一定願意解決設計問題。經驗表明，即使使用現代的原理圖到布局同步的CAD工具，MMIC設計過程也非常複雜，並且容易在各個階段出現簡單的錯誤。消除這些錯誤的最佳方法是使用MMIC設計團隊設計每個晶片，這些設計師可以在每個階段質疑彼此的判斷，並在工藝處理開始之前對最終布局進行反向工程。通過反向工程，我的意思是獨立的MMIC設計師獲取最終的布局數據，並在CAD系統中重新創建原理圖設計，而無需原始設計團隊的輸入。然後可以將獨立工程師生成的RF響應與原始設計文件和設計規格進行比較。如果所有人都同意，然後工藝處理可以繼續;如果存在重大差異，那麼幾乎肯定存在被忽視誤的誤差或者錯誤。

設計檢視

當所有電路設計完成並且電子設計文件已經傳回給代工廠時，通常會有一個審查設計的過程。這通常由代工廠開始，代工廠使用電路設計規則檢查電路布局文件，以確保它們遵守所有關鍵規則並且可以在指定的工藝中製造。然後，在與客戶進行評審會議之前，代工廠將所有電路設計布局組裝成一個標線。在檢視會議期間，通常會檢查極大的電路標線圖，以糾正可見錯誤並對設計進行嚴格評估。加工，測試和質量保證部門的代工人員應確定設計是否符合加工限制，以及直流和射頻測試能力，以及所有相關人員是否都可以接受小的規則違規。檢視的過程中突出顯示的次要問題的更正通常由代工廠糾正，但主要問題的更正可能需要客戶重新設計，然後再進行另一次檢視審核會議。當客戶和代工廠對最終的設計標線都感到滿意時，就簽署協議，並將電子標線數據發送給掩模製造商，然後製造商在晶圓上製作用於製造工藝中的光刻步驟的鍍鉻石英掩模板。

晶圓製造

根據現有的晶圓協議，代工廠處理批次晶圓（每批2至6個晶圓）。晶圓製造過程可能需要6到16周，具體取決於正常的工藝周轉時間以及與代工廠達成的任何優先製造協議。在任何特定時間，可能會有許多批次的晶圓通過無塵室，並且不可避免地有些批次花費時間等待某些設備。如果快速周轉是必不可少的，那麼代工廠可以優先考慮製造特定客戶的一批晶圓，但這也可能需要額外的費用。如果晶圓批次在工藝處理過程中出現故障，則也可能發生意外延遲，並且需要啟動新批次的製造。

測試和交付

在對客戶的電路進行測試之前，代工廠將對插入式陣列中的代工測試結構執行直流和射頻測量，以確保晶圓已正確處理，並且所有元件參數均在代工廠保證的限制範圍內。完成後，晶圓可以釋放給客戶，或者，如果安排，晶圓代工可以在客戶的電路上執行各種RFOW測量。代工廠可以將客戶的電路作為完整的晶圓交付，但更常見的是將單個晶片分離並封裝在華夫格托盤或凝膠封裝中。請注意，代工廠會根據自己對嵌入式測試結構的測量結果向客戶交付晶圓或晶片，而不是根據客戶的電路是否正常工作來完成向客戶的交付！

經濟學原理

本節考慮製造MMIC的成本以及可以採取哪些措施來最大限度地降低其對整體系統成本的成本貢獻。此處還討論了成本/產量爭論以及使用多個單功能MMIC或一個更大的多功能MMIC來滿足系統要求之間的權衡問題。

MMIC的生產成本

任何單片集成電路（包括MMIC）的生產都需要無塵室，其保持高標準的清潔度，溫度和濕度控制，並配備非常複雜和昂貴的工藝處理設備。工藝開發和控制以及技術人員在整個過程中運行批量晶圓的明確處理程序也需要熟練的工程師。保持技術更新的資本支出非常大，同時保持無塵室緊密過濾和空調的運行成本也非常高。所有的時間都需要在這些條件下維護無塵室，因此對於特定的無塵室設置，運行成本進行控制也是有效的。

起始材料（即半絕緣晶圓）的成本相當低並且隨著時間的推移持續下降，使其與無塵室運行成本相比不太重要。因此，整體運行成本趨向於固定並且與所生產的晶圓數量無關。因此，生產晶片的成本可以簡單地表示為總體運行成本除以生產的好晶片數量。如果良好晶片或良好晶圓的數量乘以該面積，則MMIC處理的成本可以表示為每平方毫米襯底面積。

因此，從客戶的角度來看，在代工工藝上設計的MMIC產品的產量越大，總直通率越高，單個MMIC的成本就越低。換句話說，當處理許多批晶圓時，並且代工工藝線接近其最大產能時，代工工藝最經濟有效。當工藝在其最大產能附近工作時，通過提高每個晶圓產生的良好器件的產量，將會進一步降低單個晶片成本，因此，值得考慮工藝缺陷密度的概念。

缺陷密度

缺陷密度的概念是由矽晶片工業開發的，並假設缺陷在整個晶圓上均勻分布。如果考慮一個特定的缺陷原因，MMIC通常不會這樣，因為MMIC中元件的複雜性和封裝密度遠小於矽IC。但是，如果整體產量因所有可能的原因（例如，加工直通率，直流和射頻測試直通率，分片直通率，視覺檢視直通率）而降低，則這變得是合理的近似。

方程（1）中所示的墨菲 - 種子規則（Murphy-Seeds rule）採用缺陷密度（每平方厘米的D缺陷）和晶片面積（A平方厘米）並預測能正常工作的器件的機率（p），即換言之，晶片的直通率：

FA Myers 展示了這條規則如何有助於確定收益率和工藝成熟度。圖2取自Myers繪製的晶片產量與晶片面積的關係，缺陷密度範圍為每平方厘米1至50個缺陷。他指出，通過實驗發現典型的GaAs工藝在每平方厘米區域的5到10個缺陷中具有有效的缺陷密度，因此0.1平方cm的GaAs晶片可以預期具有55％的直通率。圖2中的虛線趨勢線顯示了任意晶片尺寸的收益率隨著工藝的成熟和缺陷密度的下降，晶片得到改善。在這種情況下，缺陷密度隨著工藝成熟度的下降是由於操作員越來越熟悉工藝步驟以及工程師學習到了如何使工藝處於更嚴格的控制之下。圖2中的虛線趨勢線表明，隨著MMIC設計人員使用工藝變得更加自信，晶片設計變得更加複雜，更多元件被封裝到更小的區域，增加了缺陷密度並導致晶片的直通率降低。因此，在晶片尺寸和複雜性之間存在折衷，以實現最佳的直通率。

當考慮與生產多功能系統相關的經濟因素時，也可以說明這種權衡。一種選擇是使用許多小型單功能晶片來組成多功能系統。每個晶片必須經過處理，測試，可能的封裝，組裝到系統中，並通過引線鍵合到走線軌道上。另一方面，執行多種功能的單個但更大的晶片將具有更少的鍵合線和封裝寄生效應，因此可以更好地執行並且組裝更便宜。較大的多功能晶片的直通率低於較小的單功能晶片，但可能是整體更便宜的系統解決方案。如果已知該工藝過程的缺陷密度，則可以使用Murphy-Seeds方程來找出使用兩個小的單功能晶片或兩倍面積的一個多功能晶片之間的成本權衡。這如圖3所示，其中針對不同的缺陷密度繪製了一個較大的多功能晶片相對於兩個較小的單功能晶片的成本比。當比值小於1時，單個但更大的多功能晶片是成本最低的解決方案。