【編者按】8英寸晶圓代工產(chǎn)能緊缺和漲價引發(fā)的“多米諾骨牌”效應正在向全行業(yè)傳導：設計廠商等不到產(chǎn)能或面臨客戶流失風險，該如何自救？上游的產(chǎn)能緊缺和漲價對下游的代理、模組、終端廠商影響幾何？

（集微網(wǎng)報道）8英寸晶圓代工產(chǎn)能 從2018年起CIS、電源芯片持續(xù)緊缺便可見端倪。今年二季度開始多個終端市場需求快速成長以及恐慌性導致供需失配，8英寸產(chǎn)能連連告急，晶圓廠產(chǎn)能利用率基本都在90%以上，聯(lián)電更是在第二季度達到滿載。第三季度產(chǎn)能緊張進一步加劇，華虹半導體、華潤微的8英寸線也紛紛滿載。在緊張的供求關系推動下，8英寸晶圓價格上漲，據(jù)統(tǒng)計，除三星、臺積電外，2020年第四季度聯(lián)電、格芯和世界先進等公司價格提高了約10%~15%， 預計2021年漲幅可能接近20%，急單甚至達到40%；韓國媒體報道，韓國東部決定將在2021年將合同價格至少提高10%，最高20%，SK海力士和三星也計劃跟進漲價。臺積電則在近日取消了12英寸的部分折扣。

產(chǎn)能吃緊，過去五年8英寸逆勢再次成為行業(yè)焦點

多年來，芯片制造一直在提升標準晶圓的尺寸，因為更大的晶圓尺寸可以減少浪費，而且還可以提高晶圓代工廠的日產(chǎn)量，而且向更大尺寸的晶圓遷移，每片晶圓上芯片的數(shù)量可以提升2.2倍，從而降低制造成本。在1990年代，領先的制造商開始從6英寸遷移到8英寸，當時建造8英寸廠的成本約為7億至13億美元，大部分用于半導體設備，包括蝕刻、沉積和光刻系統(tǒng)等。1995年時，全球共有65座8英寸廠投入運營，到2002年，增長至186座。

2000年開始，芯片制造再次向12英寸遷移，最初建造12英寸廠的成本約為20億至30億美元。在此過程中，8英寸廠并沒有完全消失，相反大量芯片制造商仍在繼續(xù)使用，甚至到今天還有一些6英寸、4英寸廠。

盡管如此，到2015年8英寸產(chǎn)能隨著模擬、射頻、MEMS等芯片需求激增而緊缺前，它已經(jīng)不是行業(yè)關注的焦點。隨后到從2015年至2019年間，8英寸產(chǎn)能一直處于供不應求的狀態(tài)，設計廠商一直希望代工廠能擴產(chǎn)，但是此前大多數(shù)半導體設備廠商停止生產(chǎn)，市場上沒有足夠的8英寸設備可用，大多數(shù)是二手設備。今年疫情之后，產(chǎn)能的情形短缺愈演愈烈。8英寸晶圓逆勢再次回到代工行業(yè)舞臺中心。

圖源：SEMI World Fab Forecast reports, Nov. 2020

根據(jù)SEMI今年11月份發(fā)布的全球晶圓預測報告，到2020年底8英寸晶圓生產(chǎn)線數(shù)量將恢復至191條，預計到2021年底持續(xù)增加到202條，超過歷史最高值。國信證券分析師指出，2019年至2022年，全球8英寸晶圓產(chǎn)能將增加700千片/月，增幅為14%，年均增速約為4.5%。我國8英寸晶圓線已實現(xiàn)量產(chǎn)的產(chǎn)線共有19條，對應產(chǎn)能約為225千片/月；在建10條，規(guī)劃4條，在建及規(guī)劃項目對應月產(chǎn)能約為372千片/月(占據(jù)未來兩年主要增量700千片/月比例的53%左右)。

另一個衡量方式是晶圓廠的產(chǎn)能，以每月晶圓片數(shù)量（wpm）衡量。SEMI指出從2019年到2021年，wpm每年約以3%到4%的速度穩(wěn)定增長，到2021年8英寸芯增產(chǎn)能將達到22萬wpm，總產(chǎn)能預計將達到640萬wpm。

VLSI研究部總裁Risto Puhakka指出，今年的情況比較特殊，不僅對8英寸產(chǎn)能需求激增，對電源、CMOS、射頻等產(chǎn)品的需求也大大提升。但是比如TI、NXP這樣的IDM或者模擬芯片制造商，由于疫情對工業(yè)、汽車和電力等市場的沖擊，他們的2020年是非常艱難的。純晶圓代工廠則是另一個極端。盡管IDM逐漸恢復景氣，但在成熟工藝制程需求的推動下，大多數(shù)代工廠將在明年繼續(xù)面對8英寸產(chǎn)能的強勁需求。不過他們?nèi)詫⒚媾R著8英寸設備短缺的局面。

聯(lián)電業(yè)務發(fā)展副總裁Walter Ng指出，8英寸產(chǎn)能的需求曾經(jīng)是周期性的，但在過去幾年里發(fā)生了變化，8英寸的需求一直處于高位。8英寸上生產(chǎn)的許多芯片都是生命周期很長的產(chǎn)品，也將在很長時間內(nèi)繼續(xù)使用成熟制程。同時還有許多新產(chǎn)品被開發(fā)出來，也希望能利用8英寸節(jié)點的技術(shù)和成本優(yōu)勢。這催生了8英寸晶圓的新范式，在可預見的未來，供不應求的狀態(tài)將持續(xù)存在。

半導體設備供應商也作出了類似預測。KLA旗下公司SPTS Technologies的執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理David Butler表示，對SPTS的8英寸晶圓加工設備的前景非常樂觀，就像過去5年左右一樣?！霸谖覀冏约旱慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)中，較小晶圓市場的強勁表現(xiàn)非常明顯。從2010年到2015年，8英寸或更小尺寸產(chǎn)品的銷售額占比有所下降，與12英寸產(chǎn)品占比接近對半開。然而過去5年發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，8英寸及更小尺寸設備的銷售占比再次回到2010年的水平?！痹摴局魈峁┪g刻、PCD、CVD和熱晶圓制程解決方案。2014年被奧寶（Orbotech）并購，后者于2018年被KLA收購。

Gartner分析師Samuel Wang表示，預計所有臺灣代工廠的8英寸產(chǎn)能緊張狀況將持續(xù)到至少2021年第二季度末，而且全年產(chǎn)能利用率將維持高水平。為此一些代工廠開始漲價。他指出，代工廠將有選擇性的漲價，但是并不是全面漲價。例如臺積電公開說明不會提升8英寸的講個，并鼓勵8英寸客戶升級到12英寸來維持長期合作關系。其他臺灣代工企業(yè)的漲價幅度有限，因為多數(shù)與客戶簽訂了合約協(xié)議以保持價格穩(wěn)定，但是部分中小批量客戶的價格上漲幅度更大。

英國著名半導體咨詢公司FutureHorizon創(chuàng)始人、總裁Malcolm Penn接受集微網(wǎng)采訪時指出，1990年晶圓廠新建產(chǎn)線逐漸從8英寸轉(zhuǎn)到12英寸后，8英寸產(chǎn)能急劇下降。如今所有存儲產(chǎn)品和許多邏輯產(chǎn)品已經(jīng)切換到12英寸產(chǎn)線，剩下的大多都是只適用于8英寸晶圓的，比如模擬混合信號產(chǎn)品，一些功率器件、射頻器件等等，這些產(chǎn)品無法調(diào)整到12英寸晶圓，或是不需要12英寸的優(yōu)勢。

他還表示，過去2~3年內(nèi)8英寸晶圓供需關系保持著微妙的平衡，但是如今所有晶圓廠產(chǎn)能都售罄了，包括馬來西亞這樣沒有太大競爭力的市場，并且開始漲價，明年會漲更多?！拔ㄒ坏某雎肥墙ǜ鄰S，而這需要兩年時間。另外一個辦法是更新部分產(chǎn)品工藝使他們適用于12英寸晶圓，但這也將會是一個緩慢的過程?！?/p>

12英寸晶圓制造的情況相對好一點，供應商比較少，能更精確地控制產(chǎn)能，保持供需平衡?！芭_積電就很清楚客戶需求，并精準控制著產(chǎn)能。這樣緊密的關系在供需變化時更容易保持平衡，因此12英寸晶圓不會面臨供應受限的問題。有可能出現(xiàn)季節(jié)性短缺或微小波折，但都浮于表面?！盡alcolm Penn解釋，與8英寸晶圓不同，當12英寸市場需要更多產(chǎn)能時，只需平衡新增產(chǎn)能和需求的關系，這在8英寸晶圓上是做不到的?！耙耘_積電為例，他們會在擴產(chǎn)之前要求客戶承諾，這樣他們在建廠之前就已經(jīng)落實銷售渠道，永遠不會過度供應，也不會有嚴重的短缺。偶爾會有小波折，因為需求總是即時的，而供應需兩年準備?！?/p>

市場短缺，半導體設備制造商重啟8英寸設備生產(chǎn)

隨著8英寸需求爆發(fā)，產(chǎn)能卻跟不上，究其原因，8英寸所需設備短缺是一個重要原因。由于多數(shù)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，部分設備太老舊或者難以修復，同時，由于當前12英寸晶圓代工廠資本支出規(guī)模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產(chǎn)線，使得相關設備供應商缺乏研發(fā)和生產(chǎn)相關設備的積極性。

Malcolm Penn表示，對半導體設備公司來說更愿意出售12英寸設備，因為它們價格更高，公司能進賬更多，8英寸設備不再那么有吸引力。因供應有限，業(yè)內(nèi)很早就開始從已關閉的工廠購買二手設備，但最終二手設備也售罄，所有資源都已經(jīng)被高效利用，也沒有二手設備可購入，8英寸的產(chǎn)能就很難提升上去。

通常購買8英寸設備有幾個途徑，包括半導體設備制造商的新設備，以及翻新了核心系統(tǒng)的二手設備；二手市場或二手設備公司收購后自行翻新再出售，有些甚至建立了自己的品牌。此外一些中間商和在線購物平臺（例如eBay）出售二手設備，部分芯片制造商也在公開市場上出售。

盡管如此，8英寸設備變得越來越緊俏，已經(jīng)呈現(xiàn)出逐漸枯竭的態(tài)勢，其中，蝕刻機、***、測量設備最為搶手。一方面，市場上缺少可用的舊設備。二手設備供應商SurplusGlobal就曾表示，今年早些時候，行業(yè)需要2000至3000多個新的或翻新的8英寸設備或核心部件來滿足8英寸晶圓廠的需求，但可用的不到500個。在8英寸產(chǎn)能需求激增的情況下，可用二手設備更少了。

在市場短缺的情況下，不能再像以前一樣購買廉價的二手設備，有時晶圓廠只能直接向設備制造商購買價格相對昂貴的新設備，包括應用材料，Lam Research，TEL, Kokusai, ASMI，ASML等等。不過好消息是一些半導體設備制造商又開始生產(chǎn)8英寸設備。據(jù)VLSI Research統(tǒng)計，2020年預計8英寸WFE市場反彈并增長6％至7％，明年也將保持同等規(guī)模的增長。

比如光刻系統(tǒng)是最難買的8英寸設備之一，佳能現(xiàn)在將繼續(xù)開發(fā)8英寸及更小尺寸晶圓的新型i-line和248nm光刻系統(tǒng)，尼康也同時提供翻新和新的365nm和248nm光刻系統(tǒng)。幾家8英寸沉積和蝕刻設備供應商也在制造和銷售新設備，比如Lam Research雖然一直在積極地回收核心集團以提供翻新設備，但同時也在生產(chǎn)新的8英寸沉積，蝕刻和單片式清洗設備。檢測與量測設備供應商KLA不僅提供翻新的8英寸設備組合，也在重啟部分型號新設備的生產(chǎn)。

挑戰(zhàn)也是存在的。SPTS的Butler指出，通常現(xiàn)在生產(chǎn)8英寸設備已沒有特別的，供應鏈已經(jīng)成熟且穩(wěn)定，測量系統(tǒng)很容易購買。挑戰(zhàn)在于8英寸設備所支持的是各種各樣的產(chǎn)品市場，每個市場都有非常不同的技術(shù)需求。他舉例說，例如RF濾波器的壓電薄膜，電源器件的GaN層，低于200°C時MEMS的高擊穿電介質(zhì)沉積等所需的均勻厚度和應力控制等參數(shù)都是不同的。

因此，盡管人們認為8英寸芯片制造要求很簡單，實際上有時是很復雜的，代工廠也希望設備能具備更精確的工藝能力和更高的生產(chǎn)效率。

另一個有意思的話題是，市場火爆局面下是否會有部分芯片制造產(chǎn)線從12英寸返回到8英寸？Malcolm Penn認為答案是否定的。他指出，當市場從8英寸走向12英寸時，技術(shù)革新就全面停止了。所有技術(shù)進步都是基于12英寸晶圓，8英寸晶圓卡在了技術(shù)天花板上，使用的技術(shù)與10到20年前無異?！斑@對MEMS、模擬器和功率器件來說是好事，因為這些領域一般發(fā)展得比邏輯和存儲慢，它們不需要太先進的工藝?！彼硎?，“正如在使用化合材料之前，150nm和180nm對于功率半導體來說也是足夠的，當然化合物之后又是另一番景象了。”

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