近些年,全球半導體業都在興建12英寸晶圓廠,新項目不斷涌現,這使得8英寸晶圓產線的比重不斷降低。然而,這并沒有削弱8英寸的存在感,相反,在很長一段時間內,全球8英寸晶圓產能都處于短缺狀態,且很難找到解決辦法。
遠的不說,就從2017年談起吧。
彼時,全球8英寸晶圓代工產能利用率逼近100%,而產能拓展潛力有限,受此影響,與2017年相比,2018年同期主要元器件的交貨時間明顯延長,模擬器件、傳感器、分立器件和32位MCU等交貨時間均增加,最緊張的交貨時間延長至40~50周。
digitimes的數據顯示,中國臺灣地區主要晶圓代工產能利用率不斷增長,截至2018年6月,產能利用率為94.7%,同比增長了1.3%。當時,臺灣地區主要晶圓代工廠8英寸線產能約為1100~1200 千片/月。
大部分模擬、分立器件市場由IDM大廠把持,如英飛凌、德州儀器(TI)等,部分IDM的產能擴充專注于12英寸線,沒有額外增添8英寸線,這樣就不得不將 8英寸產品外包。因此,大部分IDM擴產幅度比需求增長幅度低,外包的比例就越來越高,這樣就加劇了晶圓代工廠訂單供不應求的局面。
據統計,在2017 年,8英寸晶圓代工主力華虹半導體的8英寸晶圓產能為168K/月,中芯國際的產能為234K/月,占總產能的比例超過40%。
而臺積電的8英寸晶圓代工產能占其總產能的比例約為14%;聯電的8英寸晶圓代工產能同樣供不應求,并開啟了一次性漲價。此外,聯電在中國大陸的8英寸廠——和艦——也啟動了大規模擴產,幅度達15%。
2017和2018年,全球呈現缺貨潮,特別是存儲器,與此同時,8英寸晶圓廠產能總體供不應求。
進入2019年以后,全產業出現供過于求,特別是存儲器,同時,8英寸晶圓產能供不應求的局面也得到了一定程度的緩解。
在經歷了2019上半年全行業的低迷之后,全球半導體在2019下半年開始回暖,而8英寸晶圓產能利用率也逐漸提升。進入2020年以后,雖然有疫情的影響,但未能阻擋市場對8英寸晶圓產能需求的提升,再一次出現全球性產能緊張狀況。
而促使這一局面出現的首要原因是相關“爆款”芯片需求量暴漲。2018年那一波的典型代表是功率器件,而2020年那一波爆款芯片則是CIS,以及ToF和TWS芯片。這幾種芯片在2019年就已經非常火爆,市場需求量大增,而這一發展態勢也延續到了2020年。
CIS的爆發主要得益于多攝像頭手機的涌現。2019年,隨著上游晶圓產能愈發緊張,CIS芯片的供貨缺口進一步加大,分辨率5M及以下的CIS出現了兩次大規模漲價,漲價的廠商大都分布在中國大陸地區。同時,全球三大CIS廠商索尼、三星和北京豪威(OmniVision)的供貨一直都非常緊張,索尼不得不將部分訂單交由臺積電生產,這種形勢給晶圓代工廠帶來了更多商機,臺積電相當一部分8英寸晶圓代工產能都給了豪威,而為了接單索尼,臺積電還在增加投資建廠、采購設備,專門用于應對索尼的CIS訂單。此外,中芯國際和華力微電子也收獲不少,特別是來自豪威的訂單。
與此同時,手機開始搭配3D感測功能ToF,而CIS是ToF的必需元器件,導致市場對CIS的需求量大漲。
除了CIS,市場對TWS芯片的需求也非常強勁,與此同時,在顯示面板方面,AMOLED和TDDI的普及,催生了市場對NOR Flash需求的提升。這樣,TWS、AMOLED驅動、TDDI芯片,以及NOR Flash存儲器在同一時間段內爆發,這些都給8英寸晶圓產能帶來了極大的壓力。
進入2021年以后,市場對8英寸晶圓產能的需求量又出現了跳躍式的提升,使得各大廠商產能的擴充速度遠低于市場需求的增長速度。在這種情況下,市場全面開啟漲價模式。
早在2020年,為了確保拿到足夠的產能,不少IC設計廠商積極預定2021年的產能,有的長單甚至下到了2021年第二季度。
當時,有IC設計廠商表示,晶圓代工產能非常緊張,交期延長了很多,以往的交期大概是兩個月,而那個階段達到了四個月。即使是這樣的交期,依然在被瘋搶,不搶的話,會有交不出貨的巨大風險。這其中,以8英寸晶圓產能最為火爆,特別是在中國大陸市場,由于這里的IC設計企業數量眾多,而大多數都是以90nm及以上的成熟制程工藝芯片為主,這些芯片主要采用8英寸晶圓代工生產,雖然這些IC設計廠商個體體量不大,但由于總數量可觀,因此形成了巨大的代工需求,為了搶到產能,上演著多種激烈、甚至是慘烈的競爭故事。
8英寸晶圓產能供不應求的局面一直持續到2022下半年。
8英寸晶圓產能吃緊的原因
在過去幾年里,8英寸晶圓產能吃緊,主要有以下幾個原因。
一、應用需求驅動。在應用端,對8英寸晶圓代工的強勁需求主要來源于功率器件、電源管理IC、影像傳感器、指紋識別芯片和顯示驅動IC等。由于模擬/分立器件擁有成熟制程+特種工藝的特性,因此,這些產品絕大多數會采用8英寸或6英寸線生產。
特別是功率器件,近些年,市場對它的需求相當強勁,這給8英寸晶圓產線帶來了更多商業機遇。
據IC insights統計,在功率器件年出貨量方面,2016~2021的年復合增長率為5.2%。2017年,功率分立器件銷售額同比增長10.4%。受益于汽車和工業應用驅動,當時預計未來3年功率分立器件市場將保持5%左右的增速。
汽車電子和工業應用對功率器件的需求大于供給導致漲價,而功率器件對8英寸晶圓產能的需求大于供給,導致8英寸晶圓漲價。
二、設備供給不足。市場對8英寸晶圓廠使用的設備供應不足,也是導致產能吃緊的一個重要原因。
由于多數8英寸晶圓代工建廠時間較早,運行時間大多長達10年以上,部分設備太老舊或難以修復,同時,由于當前12英寸晶圓代工廠資本支出規模巨大,部分廠商停止了8英寸晶圓產線,使得相關設備供應商缺乏研發和生產相關設備的積極性。
近幾年,8英寸晶圓代工產能擴充所需要的設備主要來自二手市場,其中,蝕刻機、***、測量設備最為搶手,從8英寸向12英寸升級的存儲器廠商為這一市場貢獻了很多,如三星和海力士。不過,總體來看,二手設備市場資源有限,呈現出逐漸枯竭的態勢。
這一點在中國大陸市場體現得尤為突出,二手設備非常強手,已經形成了一條產業鏈,近幾年,多家晶圓廠都想盡辦法通過各種渠道引進8英寸晶圓加工設備,這其中比較有代表性的是青島芯恩,引進了一大批來自日本的二手設備,并請到日本的頂級設備專家進行修復和指導使用。?
三、8英寸晶圓代工產線減少。據統計,從2008到2016年,有37座8英寸晶圓代工廠關閉,同時有15座廠從8英寸轉換為12英寸,截至2016年,全球8英寸晶圓代工廠已減少至180座。不過,從2016年開始,8英寸晶圓廠關閉的速度開始減緩,但減少的趨勢沒有變。
傳統IDM正在縮減8英寸晶圓產線規模,將更多資源投入到12英寸產線的建設和完善上面,這主要是因為市場競爭越加激烈,而對于IDM來說,8英寸產線的投入產出比越來越低,大規模運營這些產線的積極性已經不高了,除了保留一部分必需的8英寸晶圓產線外,像TI和ADI這樣的老牌模擬芯片巨頭,可以將越來越多的8英寸晶圓加工任務外包給代工廠,而它們自己主攻12英寸產線。這樣,客觀上減少了8英寸晶圓產能。
晶圓尺寸越大,可利用效率越高。12英寸晶圓擁有較大的使用面積,得以達到效率優化,相對于8英寸晶圓而言,12英寸的可使用面積超過兩倍。
近些年,TI一直在穩步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產量,以削減成本并提高生產效率。TI表示,12英寸晶圓廠的產量比競爭對手使用的8英寸晶圓生產的芯片便宜40%。此外,對于模擬用途,12英寸晶圓廠的投資回報率可能更高,因為它可以使用20-30年。
當然,8英寸晶圓產能吃緊的原因不止以上這三點,其它就不在此贅述了。
產能過剩時刻到來
半導體行業存在明顯的周期性,不可能永遠興盛,也不可能永遠衰弱。8英寸晶圓產能不足的局面已經持續多年,但不可能永遠持續下去。
2020年,SEMI就曾示警,在各大廠商積極擴產的情況下,8英寸晶圓產能可能會出現過剩的局面,尤其是在中國大陸地區,日本市場研究機構野村也給出了類似的意見,他們認為當時功率器件等模擬芯片的市場需求正在放緩,再加上庫存的調整,8英寸晶圓產能需求正在下降。
從2022年第四季度開始,8英寸晶圓產能需求就出現松動跡象。進入2023年以后,隨著芯片在全球范圍內供過于求,各種成熟制程模擬芯片也未能幸免,導致8英寸晶圓產能出現過剩局面。
2月,業界傳出消息,三星電子舍棄了部分8英寸晶圓產線的成熟制程產能,以將更多資源用在以3nm為代表的先進制程產線上,不過,三星表示此消息為謠傳,不過,三星8英寸晶圓產能利用率大幅下滑是不可辯駁的,同時,三星電子12英寸晶圓代工平均開工率也下降到了70%左右。
東部高科(DB HiTek)的8英寸晶圓代工平均開工率下降到60%-70%,部分8英寸產線開工率跌至50%,與2022上半年接近滿負荷運轉的情形形成鮮明對比。
終端市場需求疲軟導致全球晶圓代工產能利用率普遍下滑,這一波沖擊對格芯、DB HiTek、Key Foundry、SK Hynix IC、力積電等8英寸晶圓代工廠影響較大,一些廠商的開工率已經跌至50%。
隨著產能利用率下降,為保證訂單量,降價是必然的選擇,上述的這些廠商紛紛開始降價。?
在這種情況下,成熟制程大廠聯電也快要降價了。
不過,業界普遍認為,這一波下行周期不會持續太長時間,樂觀的認為2023下半年,謹慎一些的認為2024年開始,全球芯片市場需求將會復蘇。到那時,8英寸晶圓產能利用率會逐步恢復。只是不知道,2019-2021年那一波成熟制程芯片需求爆發式增長的輝煌能否重現。
編輯:黃飛
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