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，升級到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)電已相繼證實漲價消息，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，也要搶到8 英寸產(chǎn)能。
今年早些時候，業(yè)界傳出，有一批0.13微米的8英寸晶圓產(chǎn)能競標(biāo)，最終以每片1000美元中標(biāo)，遠(yuǎn)超乎市場行情。臺積電8英寸晶圓產(chǎn)能報價大約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IC為主。
為何8英寸市場如此緊俏？
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，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)對硅片漲價。而2020年以來的這波漲價，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通常會將訂單外包給晶圓代工廠代工，同時，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，而其他競爭對手的8英寸廠多已折舊完畢，現(xiàn)在蓋新廠并不具成本優(yōu)勢，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，開價也很高，不過，因為8英寸設(shè)備多已老舊，符合采購條件的數(shù)量較少。對晶圓代工廠來說，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，除臺積電已明確指出不會買8英寸廠外，聯(lián)電、世界皆表態(tài)會努力尋廠、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。
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。但也因為一片12英寸晶圓產(chǎn)出的IC數(shù)量比較多，對應(yīng)到終端需求，要有足夠的量支撐，這也是很多廠商會停留在8英寸的原因，特別是中小規(guī)模IC設(shè)計廠商，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IC、指紋辨識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)到百億美元級別才能具備市場競爭力。因此，盡管12英寸晶圓市場高速增長，但直接參與競爭的企業(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，而這是對價格敏感的成熟制程產(chǎn)品所不希望看到的。同時，制程尺寸的微縮，會導(dǎo)致漏電的增加，因此，電池供電類應(yīng)用通常會選擇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。
也正是因為如此，8英寸晶圓廠具有相當(dāng)長的生命周期。特別是由于市場對PMIC、顯示驅(qū)動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，隨著市場對存儲和邏輯芯片需求的增加，特別是14nm及更先進(jìn)制程的普及，市場對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)計和預(yù)測顯示，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)計到2021年底這一數(shù)字將達(dá)到71.2%。
不只是在存儲和邏輯芯片方面，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)量比競爭對手使用的8英寸工藝生產(chǎn)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，恐怕會緩慢前行。
