由于全球晶圓代工產(chǎn)能供給吃緊,，業(yè)界陸續(xù)出現(xiàn)將原本用8英寸晶圓生產(chǎn)的芯片,，通過更改制程設(shè)計(jì),，升級(jí)到12英寸晶圓廠生產(chǎn),，以緩解產(chǎn)能吃緊壓力,。
本周,，8英寸晶圓代工大廠世界先進(jìn)董事長暨總經(jīng)理方略表示,，目前8英寸晶圓設(shè)備愈來愈難取得,，若想持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能,，就要考慮向12英寸晶圓廠轉(zhuǎn)換。
8英寸晶圓代工產(chǎn)能自2018年開始吃緊,，至今仍未看到緩解跡象,，甚至越來越嚴(yán)峻，世界先進(jìn),、聯(lián)電已相繼證實(shí)漲價(jià)消息,，并表示訂單將滿到2022年。過去,，8英寸晶圓代工被視為落后,、老舊的產(chǎn)線，現(xiàn)在卻能讓客戶不惜捧著現(xiàn)金加價(jià),，也要搶到8 英寸產(chǎn)能,。
今年早些時(shí)候，業(yè)界傳出,，有一批0.13微米的8英寸晶圓產(chǎn)能競(jìng)標(biāo),，最終以每片1000美元中標(biāo)，遠(yuǎn)超乎市場(chǎng)行情,。臺(tái)積電8英寸晶圓產(chǎn)能報(bào)價(jià)大約600~800美元,，世界先進(jìn)約為400~600美元。這波缺貨主要是以車用半導(dǎo)體,、MCU,、電源管理IC、面板驅(qū)動(dòng)IC為主,。
為何8英寸市場(chǎng)如此緊俏,？
全球8英寸晶圓廠數(shù)量在2007年達(dá)到高峰，之后許多廠房陸續(xù)關(guān)閉或轉(zhuǎn)型成12英寸廠,。據(jù)集邦科技（TrendForce）統(tǒng)計(jì),，以目前全球前十大晶圓代工廠來看，8英寸晶圓廠共有40座,，有33座在亞洲,，其中，中國臺(tái)灣15座,，中國大陸7座,，就廠商來看，聯(lián)電數(shù)量最多,，在兩岸布局了8座8英寸晶圓廠,。
2018年的8英寸晶圓漲價(jià)潮，有一大部分原因在于IDM廠擴(kuò)大分立器件訂單,，以及應(yīng)對(duì)硅片漲價(jià),。而2020年以來的這波漲價(jià),，主要是由“宅經(jīng)濟(jì)”、5G,，以及貿(mào)易戰(zhàn)下廠商積極備料引發(fā)的,。
例如，5G手機(jī)所需要的半導(dǎo)體含量較4G高出許多,，部分芯片用量更是倍增,，例如電源管理IC在4G時(shí)代只需要1-2顆，而5G用量增至3~4顆,；此外,，多鏡頭潮流、指紋辨識(shí)傳感器被大量導(dǎo)入手機(jī),，激發(fā)出更多需求，而這些芯片主要采用8英寸晶圓生產(chǎn),。
另外,，大部分模擬、分立器件市場(chǎng)由IDM大廠把持,，如英飛凌,、德州儀器（TI）等，但因產(chǎn)能有限,，這些IDM通常會(huì)將訂單外包給晶圓代工廠代工,，同時(shí)，在從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸過程中,，部分IDM的主要產(chǎn)能專注于12英寸線,，沒有額外增添8英寸線，這樣就不得不將8英寸產(chǎn)品外包,。因此,，大部分IDM擴(kuò)產(chǎn)幅度比需求增長幅度低，外包的比例會(huì)越來越高,，這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應(yīng)求的局面,。
盡管許多芯片仍需要采用8英寸晶圓生產(chǎn)，以達(dá)到最適的成本效益,，但是,，12英寸仍是現(xiàn)今主流的晶圓尺寸，目前,，不少設(shè)備商皆已停止生產(chǎn)8英寸晶圓加工設(shè)備,，這也是8英寸廠難以擴(kuò)充產(chǎn)能的原因之一。
近些年,，越來越多的廠商表態(tài)不會(huì)自建新的8英寸廠,，主要原因在于投資一座8英寸廠約需要10億美金,，而其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的8英寸廠多已折舊完畢，現(xiàn)在蓋新廠并不具成本優(yōu)勢(shì),，多通過并購,、購買二手設(shè)備、提高生產(chǎn)效率等方式擴(kuò)產(chǎn),。
二手設(shè)備也是一大難題,，近幾年，全球二手8英寸晶圓設(shè)備需求旺盛,，開價(jià)也很高,，不過，因?yàn)?英寸設(shè)備多已老舊,，符合采購條件的數(shù)量較少,。對(duì)晶圓代工廠來說，合適的二手設(shè)備可遇不可求,，因此更常見的作法是在現(xiàn)有設(shè)備上增添新應(yīng)用技術(shù),，以優(yōu)化制程，或通過生產(chǎn)管理來提升效率與產(chǎn)能,。
并購方面,，除臺(tái)積電已明確指出不會(huì)買8英寸廠外，聯(lián)電,、世界皆表態(tài)會(huì)努力尋廠,、伺機(jī)并購。以世界先進(jìn)為例,，近些年,，該公司陸續(xù)買下兩座8英寸晶圓廠，分別是2014年入手南亞科在桃園的8英寸晶圓廠,，2020年初又以2.36億美元并購格芯位于新加坡的3E 8英寸廠,。
向12英寸晶圓過渡
2008到2016年期間，總共有15座晶圓廠從8英寸轉(zhuǎn)型為12英寸的,。與8英寸晶圓相比,，12英寸的體現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)。
兩種尺寸的晶圓表面積的大小不同,，以相同的良率標(biāo)準(zhǔn)做假設(shè),，一片12英寸晶圓可以生產(chǎn)約200多顆IC，是8英寸的兩倍,，在生產(chǎn)成本不需大幅提高的情況下,，比較符合成本效益。但也因?yàn)橐黄?2英寸晶圓產(chǎn)出的IC數(shù)量比較多,，對(duì)應(yīng)到終端需求,，要有足夠的量支撐,，這也是很多廠商會(huì)停留在8英寸的原因，特別是中小規(guī)模IC設(shè)計(jì)廠商,，需要的芯片數(shù)量有限,，12英寸晶圓不經(jīng)濟(jì)。
按芯片類型劃分,，電源管理IC,、驅(qū)動(dòng)IC、指紋辨識(shí)IC,、CMOS圖像傳感器（CIS）,、MOSFET、功率器件等主要采用8英寸晶圓,，而12英寸生產(chǎn)的多為90nm制程以下,，需要高效能、高速運(yùn)算的芯片,，如CPU,、GPU、手機(jī)AP及網(wǎng)通芯片,。
早些年，大部分6英寸硅晶圓生產(chǎn)線都已經(jīng)轉(zhuǎn)向了8英寸的,，然而,，受制于成本和性能等因素，8英寸線轉(zhuǎn)向12英寸產(chǎn)線較為困難,，主要體現(xiàn)在：12英寸晶圓廠進(jìn)入門檻高,，參與廠家數(shù)量較少，根據(jù)中芯國際新建上海12英寸晶圓廠投資金額數(shù)量可知,，12英寸廠對(duì)代工企業(yè)廠房潔凈室清潔度及設(shè)備的精密度要求很高,，初期投資及后續(xù)研發(fā)投入巨大，要達(dá)到百億美元級(jí)別才能具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,。因此,，盡管12英寸晶圓市場(chǎng)高速增長，但直接參與競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)數(shù)量依然是少數(shù),。
另外,，代表先進(jìn)制程的12英寸晶圓廠生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是精密制程的芯片，留給65nm及以上制程的空間并不多,，12英寸廠的投資金額巨大也導(dǎo)致代工費(fèi)用高昂,，而這是對(duì)價(jià)格敏感的成熟制程產(chǎn)品所不希望看到的。同時(shí),，制程尺寸的微縮,，會(huì)導(dǎo)致漏電的增加,，因此，電池供電類應(yīng)用通常會(huì)選擇8英寸產(chǎn)線,，另外,，MEMS傳感器、LED等產(chǎn)品,，采用8英寸晶圓更具優(yōu)勢(shì),。
也正是因?yàn)槿绱耍?英寸晶圓廠具有相當(dāng)長的生命周期。特別是由于市場(chǎng)對(duì)PMIC,、顯示驅(qū)動(dòng)IC,，CIS，MCU,，MEMS和其它特征尺寸>90nm制程工藝技術(shù)的器件的強(qiáng)勁需求,，晶圓代工廠從中受益頗多。這些器件是許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵組件,，物聯(lián)網(wǎng)為8英寸晶圓廠注入了新的活力,。
不過，近些年,，隨著市場(chǎng)對(duì)存儲(chǔ)和邏輯芯片需求的增加,，特別是14nm及更先進(jìn)制程的普及，市場(chǎng)對(duì)12英寸晶圓的需求日益迫切,，這方面的成本效率越發(fā)突出,。因此，8英寸向12英寸晶圓轉(zhuǎn)型的速度開始加快,。
來自IC Insights的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)顯示,，2018-2021年間，全球范圍內(nèi)可量產(chǎn)的12英寸晶圓廠每年都會(huì)增加,，到2021年,，將達(dá)到123家，而這一數(shù)字在2016年為98家,，基本上所有新建設(shè)的晶圓廠都將用來生產(chǎn)目前急缺的DRAM,、閃存，或者增強(qiáng)現(xiàn)有的代工能力,。截至2016年底,，12英寸晶圓貢獻(xiàn)了全球IC晶圓廠產(chǎn)能的63.6%，預(yù)計(jì)到2021年底這一數(shù)字將達(dá)到71.2%,。
不只是在存儲(chǔ)和邏輯芯片方面,，模擬和模數(shù)混合芯片廠商也越來越多地向12英寸產(chǎn)線轉(zhuǎn)移，典型代表就是德州儀器（TI）和ADI。
近些年,，TI一直在穩(wěn)步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產(chǎn)量,，以削減成本并提高生產(chǎn)效率。TI表示,，12英寸晶圓廠的產(chǎn)量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用的8英寸工藝生產(chǎn)的芯片便宜40％,。此外，對(duì)于模擬用途,，12英寸晶圓廠的投資回報(bào)率可能更高,，因?yàn)樗梢允褂?0到30年。
不過,，鑒于當(dāng)下8英寸晶圓產(chǎn)能的短缺,，8英寸向12英寸轉(zhuǎn)移的腳步可能再次放緩。
結(jié)語
總體來看,，8英寸晶圓代工供需不平衡的狀況短期內(nèi)難以緩解,，產(chǎn)能吃緊的狀況將延續(xù)到2022年。不過,，仍有一些變數(shù)需要關(guān)注,，包括終端需求、重復(fù)下單（overbooking）與國際政經(jīng)局勢(shì)變化等,。因此,，雖然8英寸晶圓向12英寸轉(zhuǎn)換的大方向逐漸明朗，但前進(jìn)的腳步和節(jié)奏將受到多種因素的制約和影響,，恐怕會(huì)緩慢前行,。
