來(lái)源：內容來(lái)自半導體行業(yè)觀(guān)察（ID：icbank）原創(chuàng )，作者：暢秋，謝謝！
近期，行業(yè)出現了一股熱潮，即越來(lái)越多的模擬芯片企業(yè)，特別是功率半導體廠(chǎng)商或業(yè)務(wù)部門(mén)，熱衷于興建12英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)。
本周，就有兩則相關(guān)消息很受關(guān)注。
3月10日，東芝宣布，計劃引進(jìn)一條新的12英寸晶圓生產(chǎn)線(xiàn)。傳統上，該公司的功率半導體主要使用8英寸晶圓生產(chǎn)。而隨著(zhù)采用12英寸晶圓生產(chǎn)模擬芯片成為全球趨勢，該公司似乎也在跟緊潮流。東芝表示，新廠(chǎng)建成后，可將功率半導體產(chǎn)能提高20%。
據悉，東芝引進(jìn)12英寸晶圓生產(chǎn)線(xiàn)的主要目標是提高低壓MOSFET和IGBT的生產(chǎn)能力。根據規劃，新產(chǎn)線(xiàn)將于2023財年上半年投產(chǎn)，該公司表示，將根據市場(chǎng)趨勢，逐步確定后續投資計劃，并將繼續擴大日本工廠(chǎng)的分立器件，特別是功率半導體器件的生產(chǎn)。
同樣是在本周，歐洲大廠(chǎng)博世正在德國德累斯頓建設新的12英寸晶圓廠(chǎng)，投資額達到10億歐元。計劃今年下半年實(shí)現商用生產(chǎn)。其生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是用于汽車(chē)的功率半導體，如用于電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)的DC-DC轉換器等。
2月，汽車(chē)功率半導體龍頭企業(yè)英飛凌宣布，為了緩解全球車(chē)用芯片產(chǎn)能不足的困境，將在奧地利新建12英寸晶圓廠(chǎng)，專(zhuān)門(mén)用于生產(chǎn)車(chē)用芯片，預計將于今年第三季度動(dòng)工。后續還計劃在德國也建一座與奧地利相同的新廠(chǎng)。
同樣的情況也發(fā)生在中國，在大陸地區，聞泰旗下的安世半導體，以及士蘭微電子這兩家企業(yè)，是車(chē)用芯片和功率半導體的龍頭企業(yè)，他們都于近幾個(gè)月在新建12英寸晶圓廠(chǎng)方面有大動(dòng)作。
2020年12月，士蘭微電子位于廈門(mén)的12英寸芯片生產(chǎn)線(xiàn)正式投產(chǎn)。該公司規劃建設兩條以功率半導體、MEMS傳感器芯片為主要產(chǎn)品的12英寸特色工藝產(chǎn)線(xiàn)，本次投產(chǎn)的就是其中的一期項目。
近期，安世半導體宣布在上海臨港投資120億元新建一座12英寸晶圓廠(chǎng)，將于2022年開(kāi)始運營(yíng)，年產(chǎn)能大約是40萬(wàn)片，主產(chǎn)功率半導體。
綜上可見(jiàn)，近一年時(shí)間內，全球半導體熱點(diǎn)地區的廠(chǎng)商，特別是模擬芯片IDM，都在新建以功率半導體為主要產(chǎn)品的12英寸晶圓廠(chǎng)，特別是從2020年底出現車(chē)用芯片荒之后，這樣的建廠(chǎng)動(dòng)作指向性就顯得更加明確，即主攻以車(chē)用芯片為重點(diǎn)的功率半導體。
實(shí)際上，這這些廠(chǎng)商動(dòng)作之前，全球排名前兩位的模擬芯片大廠(chǎng)德州儀器（TI）和ADI就已經(jīng)開(kāi)展了類(lèi)似的建廠(chǎng)計劃，其中包括但不限于功率半導體。在逐步關(guān)閉老舊的6英寸、8英寸晶圓廠(chǎng)的同時(shí)，將興建12英寸新廠(chǎng)作為發(fā)展重點(diǎn)。
因此，全球8英寸功率半導體廠(chǎng)有向12英寸轉型之勢，再加上早就在向12英寸晶圓轉移的邏輯和存儲芯片，數字和模擬芯片向更高生產(chǎn)效率邁進(jìn)的腳步愈加一致。
據SEMI統計和預測，2020年，全球用于12英寸晶圓廠(chǎng)的投資額有望同比增長(cháng)13%，創(chuàng )造歷史新紀錄。而且，由于疫情影響，全球數字化轉型進(jìn)程將加速，這樣，2021年在12英寸晶圓廠(chǎng)上的投資將再創(chuàng )新高，預計同比增長(cháng)4%，之后的2022 年稍微放緩后，2023年將再創(chuàng )新高，達到700億美元的規模。
涉及到具體的芯片產(chǎn)品，12英寸晶圓廠(chǎng)最大資本支出依然會(huì )用在存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預計2020到2023年的實(shí)際和預測投資額每年都將以高個(gè)位數穩健增長(cháng)，2024年幅度有望進(jìn)一步擴大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩步提高。
特別值得關(guān)注的是功率器件，用在該類(lèi)產(chǎn)品的投資增長(cháng)幅度在2021年有望超過(guò)200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長(cháng)率。這樣的增長(cháng)勢頭與上文提到的各家廠(chǎng)商“扎堆”新建功率半導體12英寸晶圓廠(chǎng)的現象十分契合。
轉移的驅動(dòng)力
以功率半導體為代表的模擬芯片產(chǎn)線(xiàn)，之所以從8英寸向12英寸晶圓轉移，主要原因有二：一是12英寸晶圓具有更高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益；二是當下以車(chē)用芯片為代表的相關(guān)產(chǎn)能?chē)乐夭蛔?，促使?2英寸晶圓轉移。
經(jīng)濟效益
晶圓尺寸越大，可利用效率越高。12英寸晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達到效率最佳化，相對于8英寸晶圓而言，12英寸的可使用面積超過(guò)兩倍。
由于晶圓尺寸越大，成本效率越高，特別是在當下行業(yè)對產(chǎn)能要求大量增加的情況下，12英寸晶圓的優(yōu)勢越來(lái)越明顯，相關(guān)的轉型案例也越來(lái)越多。
對于傳統IDM來(lái)說(shuō)，8英寸產(chǎn)線(xiàn)的投入產(chǎn)出比顯得越來(lái)越低，大規模運營(yíng)這些產(chǎn)線(xiàn)的積極性已經(jīng)不高了，除了保留一部分必需的8英寸產(chǎn)線(xiàn)外，像TI和ADI這樣的老牌兒模擬芯片巨頭，可以將越來(lái)越多的8英寸晶圓加工任務(wù)外包給晶圓代工廠(chǎng)，而它們自己主攻12英寸產(chǎn)線(xiàn)。
在模擬芯片市場(chǎng)，像TI、ADI、Maxim這樣的廠(chǎng)商，都有著(zhù)高于行業(yè)平均水平的毛利率。以TI為例，在過(guò)去10年內，其利潤和利潤率保持上升態(tài)勢。按照TI的說(shuō)法，創(chuàng )造高利潤率與他們用12英寸晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)模擬芯片、降低成本有關(guān)。
近些年，TI一直在穩步提升其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(chǎng)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(chǎng)的投資回報率可能更高，因為它可以使用20到30年。
TI擁有兩個(gè)12英寸晶圓廠(chǎng)，2018年，其12英寸晶圓模擬芯片產(chǎn)量占其整體模擬芯片產(chǎn)量的50％左右?？紤]到5G，IoT、汽車(chē)和云計算等應用的成熟和大規模擴展，會(huì )推動(dòng)相關(guān)模擬芯片需求的增長(cháng)，因此，該公司有充分的理由進(jìn)行12英寸晶圓廠(chǎng)擴展，以保持并進(jìn)一步提升其高利潤率。
產(chǎn)能不足
當下，芯片產(chǎn)能不足已成為全球性難題，尤以車(chē)用芯片為最，其中，功率半導體更是供不應求。
在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間內，功率半導體器件都是采用8英寸晶圓生產(chǎn)的。隨著(zhù)市場(chǎng)對功率器件的需求不斷提升，而這也給了8英寸晶圓更多的商業(yè)機遇。
汽車(chē)和工業(yè)應用是功率器件增長(cháng)的主要驅動(dòng)力。據Gartner統計，在全球半導體市場(chǎng)中，工業(yè)應用和汽車(chē)電子的增速最快，而工業(yè)應用和汽車(chē)電子的應用增量主要來(lái)自于功率半導體。
據IC insights預計，在功率半導體年出貨量方面，2016~2021的年復合增長(cháng)率為5.2%。受益于汽車(chē)和工業(yè)應用驅動(dòng)，預計未來(lái)3年功率分立器件市場(chǎng)仍將保持5%左右的增速。
SEMI的數據顯示，功率分立器件約占8英寸晶圓應用的16%。由于8英寸晶圓設備短缺，全球8英寸晶圓產(chǎn)能增長(cháng)率僅為1~2%， 低于功率半導體和功率分立器件的增速。因此，汽車(chē)電子和工業(yè)應用對功率半導體需求大于供給導致功率半導體漲價(jià)，而功率半導體對8英寸晶圓產(chǎn)能需求大于供給。這是各大廠(chǎng)商向12英寸晶圓轉移的一個(gè)重要原因。
8英寸產(chǎn)能緊張程度延續到了2021上半年，除非有廠(chǎng)商愿意從8英寸轉至12英寸晶圓生產(chǎn)，只有這樣才能在短時(shí)間內緩和8英寸產(chǎn)能的緊張情況。目前看來(lái)，以晶粒較大的指紋辨識IC和功率器件等產(chǎn)品轉到12英寸生產(chǎn)的可行性較高。
指紋辨識IC廠(chǎng)商神盾證實(shí)，該公司確實(shí)從一、兩年前就著(zhù)手規劃從8英寸轉至12英寸晶圓生產(chǎn)，預計今年下半年流片，明年將會(huì )大量轉換。除了成本之外，產(chǎn)能是神盾此舉更重要的考量因素。
而在功率半導體方面，如前文所述，多家IDM企業(yè)都在新建12英寸晶圓廠(chǎng)。
功率半導體對晶圓的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸晶圓僅能切割70~80顆IGBT芯片。目前，電動(dòng)車(chē)處于滲透率快速提升階段，汽車(chē)半導體用量需求的成長(cháng)空間很大，這些將帶動(dòng)硅晶圓產(chǎn)業(yè)進(jìn)入長(cháng)期、持續的供需緊張狀態(tài)。
例如在純電動(dòng)車(chē)方面，一輛tesla model x汽車(chē)需要使用84顆IGBT，這樣算來(lái)，基本上一輛車(chē)就要消耗掉一片晶圓?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的功率半導體用量相對較少，以寶馬i3為例，單輛汽車(chē)的功率半導體硅晶圓消耗量約為1/4片。
預計到2022年，全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量有望突破1000萬(wàn)輛，以平均每輛車(chē)消耗1/2片硅晶圓計算，對應功率半導體硅晶圓消耗量將達到500萬(wàn)片左右。
近一年來(lái)，MOSFET、TVS、肖特基二極管等功率器件產(chǎn)品的交期普遍延長(cháng)，行業(yè)呈現出明顯的供不應求態(tài)勢，這其中，來(lái)自汽車(chē)用的功率器件是重要組成部分。
與此同時(shí)，英飛凌等國際大廠(chǎng)均優(yōu)先將產(chǎn)能分配給了毛利率較高的新產(chǎn)品，如汽車(chē)和工業(yè)用器件，退出了中低壓MOSFET，這就導致MOSFET供需缺口擴大。去年，英飛凌、意法半導體等大廠(chǎng)的MOSFET產(chǎn)能就被預訂一空，ODM/OEM及系統廠(chǎng)只能大舉轉單中國臺灣MOSFET廠(chǎng)，包括富鼎、大中、尼克森、杰力第三季接單全滿(mǎn)，漲價(jià)5%～10％后的產(chǎn)能已全數賣(mài)光。
一般情況下，MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期在8~12周左右，但現在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已延長(cháng)到20~40周，而低壓MOSFET交期接近或超過(guò)40周，其中，汽車(chē)功率器件的貨期問(wèn)題尤為顯著(zhù)，IGBT的交期最高已經(jīng)達到52周。
在這種狀況下，要提升產(chǎn)能，將8英寸產(chǎn)線(xiàn)轉為12英寸，以提升生產(chǎn)效率和芯片絕對數量，就成為了各大模擬芯片，特別是功率器件廠(chǎng)商的共同選擇。
結語(yǔ)
當下，美國、歐洲，以及中國大陸的功率半導體、車(chē)用芯片廠(chǎng)商，很多都在新建12英寸晶圓廠(chǎng)，而8英寸向12英寸晶圓產(chǎn)線(xiàn)轉移已經(jīng)持續多年，當下的全球性芯片缺貨在很大程度上加速了這一趨勢轉換。這種情況下，今后兩年內，不知道是否能解決8英寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能不足的問(wèn)題，結果值得期待。
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