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八英寸线路在何方？

晰数塔互联网快讯
2021-11-04 12:14

由于全球晶圆代工产能供给吃紧，业界陆续出现将原本用8英寸晶圆生产的芯片，通过更改制程设计，升级到12英寸晶圆厂生产，以缓解产能吃紧压力。

本周，8英寸晶圆代工大厂世界先进董事长暨总经理方略表示，目前8英寸晶圆设备愈来愈难取得，若想持续扩充产能，就要考虑向12英寸晶圆厂转换。

8英寸晶圆代工产能自2018年开始吃紧，至今仍未看到缓解迹象，甚至越来越严峻，世界先进、联电已相继证实涨价消息，并表示订单将满到2022年。过去，8英寸晶圆代工被视为落后、老旧的产线，现在却能让客户不惜捧着现金加价，也要抢到8 英寸产能。

今年早些时候，业界传出，有一批0.13微米的8英寸晶圆产能竞标，最终以每片1000美元中标，远超乎市场行情。台积电8英寸晶圆产能报价大约600~800美元，世界先进约为400~600美元。这波缺货主要是以车用半导体、MCU、电源管理IC、面板驱动IC为主。

为何8英寸市场如此紧俏？

全球8英寸晶圆厂数量在2007年达到高峰，之后许多厂房陆续关闭或转型成12英寸厂。据集邦科技（TrendForce）统计，以目前全球前十大晶圆代工厂来看，8英寸晶圆厂共有40座，有33座在亚洲，其中，中国台湾15座，中国大陆7座，就厂商来看，联电数量最多，在两岸布局了8座8英寸晶圆厂。

2018年的8英寸晶圆涨价潮，有一大部分原因在于IDM厂扩大分立器件订单，以及应对硅片涨价。而2020年以来的这波涨价，主要是由“宅经济”、5G，以及贸易战下厂商积极备料引发的。

例如，5G手机所需要的半导体含量较4G高出许多，部分芯片用量更是倍增，例如电源管理IC在4G时代只需要1-2颗，而5G用量增至3~4颗；此外，多镜头潮流、指纹辨识传感器被大量导入手机，激发出更多需求，而这些芯片主要采用8英寸晶圆生产。

另外，大部分模拟、分立器件市场由IDM大厂把持，如英飞凌、德州仪器（TI）等，但因产能有限，这些IDM通常会将订单外包给晶圆代工厂代工，同时，在从6英寸转向8英寸过程中，部分IDM的主要产能专注于12英寸线，没有额外增添8英寸线，这样就不得不将8英寸产品外包。因此，大部分IDM扩产幅度比需求增长幅度低，外包的比例会越来越高，这样就加剧了晶圆代工厂订单供不应求的局面。

尽管许多芯片仍需要采用8英寸晶圆生产，以达到最适的成本效益，但是，12英寸仍是现今主流的晶圆尺寸，目前，不少设备商皆已停止生产8英寸晶圆加工设备，这也是8英寸厂难以扩充产能的原因之一。

近些年，越来越多的厂商表态不会自建新的8英寸厂，主要原因在于投资一座8英寸厂约需要10亿美金，而其他竞争对手的8英寸厂多已折旧完毕，现在盖新厂并不具成本优势，多通过并购、购买二手设备、提高生产效率等方式扩产。

二手设备也是一大难题，近几年，全球二手8英寸晶圆设备需求旺盛，开价也很高，不过，因为8英寸设备多已老旧，符合采购条件的数量较少。对晶圆代工厂来说，合适的二手设备可遇不可求，因此更常见的作法是在现有设备上增添新应用技术，以优化制程，或通过生产管理来提升效率与产能。

并购方面，除台积电已明确指出不会买8英寸厂外，联电、世界皆表态会努力寻厂、伺机并购。以世界先进为例，近些年，该公司陆续买下两座8英寸晶圆厂，分别是2014年入手南亚科在桃园的8英寸晶圆厂，2020年初又以2.36亿美元并购格芯位于新加坡的3E 8英寸厂。

向12英寸晶圆过渡

2008到2016年期间，总共有15座晶圆厂从8英寸转型为12英寸的。与8英寸晶圆相比，12英寸的体现出了明显优势。

两种尺寸的晶圆表面积的大小不同，以相同的良率标准做假设，一片12英寸晶圆可以生产约200多颗IC，是8英寸的两倍，在生产成本不需大幅提高的情况下，比较符合成本效益。但也因为一片12英寸晶圆产出的IC数量比较多，对应到终端需求，要有足够的量支撑，这也是很多厂商会停留在8英寸的原因，特别是中小规模IC设计厂商，需要的芯片数量有限，12英寸晶圆不经济。

按芯片类型划分，电源管理IC、驱动IC、指纹辨识IC、CMOS图像传感器（CIS）、MOSFET、功率器件等主要采用8英寸晶圆，而12英寸生产的多为90nm制程以下，需要高效能、高速运算的芯片，如CPU、GPU、手机AP及网通芯片。

早些年，大部分6英寸硅晶圆生产线都已经转向了8英寸的，然而，受制于成本和性能等因素，8英寸线转向12英寸产线较为困难，主要体现在：12英寸晶圆厂进入门槛高，参与厂家数量较少，根据中芯国际新建上海12英寸晶圆厂投资金额数量可知，12英寸厂对代工企业厂房洁净室清洁度及设备的精密度要求很高，初期投资及后续研发投入巨大，要达到百亿美元级别才能具备市场竞争力。因此，尽管12英寸晶圆市场高速增长，但直接参与竞争的企业数量依然是少数。

另外，代表先进制程的12英寸晶圆厂生产的产品主要是精密制程的芯片，留给65nm及以上制程的空间并不多，12英寸厂的投资金额巨大也导致代工费用高昂，而这是对价格敏感的成熟制程产品所不希望看到的。同时，制程尺寸的微缩，会导致漏电的增加，因此，电池供电类应用通常会选择8英寸产线，另外，MEMS传感器、LED等产品，采用8英寸晶圆更具优势。

也正是因为如此，8英寸晶圆厂具有相当长的生命周期。特别是由于市场对PMIC、显示驱动IC，CIS，MCU，MEMS和其它特征尺寸>90nm制程工艺技术的器件的强劲需求，晶圆代工厂从中受益颇多。这些器件是许多物联网应用的关键组件，物联网为8英寸晶圆厂注入了新的活力。

不过，近些年，随着市场对存储和逻辑芯片需求的增加，特别是14nm及更先进制程的普及，市场对12英寸晶圆的需求日益迫切，这方面的成本效率越发突出。因此，8英寸向12英寸晶圆转型的速度开始加快。

来自IC Insights的统计和预测显示，2018-2021年间，全球范围内可量产的12英寸晶圆厂每年都会增加，到2021年，将达到123家，而这一数字在2016年为98家，基本上所有新建设的晶圆厂都将用来生产目前急缺的DRAM、闪存，或者增强现有的代工能力。截至2016年底，12英寸晶圆贡献了全球IC晶圆厂产能的63.6%，预计到2021年底这一数字将达到71.2%。

不只是在存储和逻辑芯片方面，模拟和模数混合芯片厂商也越来越多地向12英寸产线转移，典型代表就是德州仪器（TI）和ADI。

近些年，TI一直在稳步提升其12英寸晶圆模拟芯片的产量，以削减成本并提高生产效率。TI表示，12英寸晶圆厂的产量比竞争对手使用的8英寸工艺生产的芯片便宜40％。此外，对于模拟用途，12英寸晶圆厂的投资回报率可能更高，因为它可以使用20到30年。

不过，鉴于当下8英寸晶圆产能的短缺，8英寸向12英寸转移的脚步可能再次放缓。

结语

总体来看，8英寸晶圆代工供需不平衡的状况短期内难以缓解，产能吃紧的状况将延续到2022年。不过，仍有一些变数需要关注，包括终端需求、重复下单(overbooking)与国际政经局势变化等。因此，虽然8英寸晶圆向12英寸转换的大方向逐渐明朗，但前进的脚步和节奏将受到多种因素的制约和影响，恐怕会缓慢前行。

本文来自微信公众号 “半导体行业观察”（ID：icbank），作者：疯狂的芯片，36氪经授权发布。