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【制造/封测】8英寸晶圆产能吃紧原因解读:过往成熟制程投资不足

来源:科技新报    原作者:Atkinson    

随着5G的大力推广,5G智能手机的渗透率提升,使得其中许多元件需求大幅提升。

而2020年以来,因为新冠肺炎疫情的冲击,使得宅经济兴起,包括笔电、平板的购买量也同时爆发,这使得以8英寸晶圆厂为生产主力的功率元件、电源管理IC、影像感测器、指纹识别芯片和显示驱动IC等产品的供应更是吃紧,而这一切的问题就归咎到8英寸晶圆产能不足所导致。而且,这情况还将延续到2021年以上,短期内难有缓解的机会。

至于,8英寸晶圆产能跟不上市场需求成长,导致供需失衡的原因,日前也有研究调查机构认为,其关键因素就在于一直以来8英寸晶圆厂投资不足所造成。

事实上,过去的几十年来,晶圆代工厂商一直在提升标准晶圆的尺寸,从4英寸到6英寸,再到8英寸,以致到当前最新进的12英寸。长期以来,人们一直认为12英寸晶圆要优于8英寸晶圆,因为更大的晶圆尺寸可以减少浪费,而且还可以提高晶圆代工厂的日产量。

也因为以上的认知,现阶段已经没有多少晶圆代工厂致力于6英寸或更小尺寸的晶圆产能的发展。

不过,许多晶圆代工厂仍在营运着8英寸晶圆的的生产线,其中包括台积电、三星,以及许多二线代工厂,目前都提供这一节点的晶圆代工服务,如格芯、中芯国际、联电、高塔半导体,以及世界先进等厂商。而目前许多用于物联网(IoT)和5G的元件或芯片,还有部分模拟芯片、MEMS芯片和RF解决方案等都继续采用8英寸晶圆来生产。

因此,8英寸晶圆厂目前虽不如12英寸晶圆厂以先进制程来生产最尖端的CPU、GPU、FPGA等产品,但却是不可或缺的重要关键。

只是,依照过往的经验,8英寸晶圆本应随着12英寸晶圆使用的提升而逐渐减少,这预期在2007年至2014年期间也的确如此,但之后却出现了转变。原因是8英寸晶圆的生产线非常成熟,且成本低,这使得许多原本8英寸晶圆的客户,在迁移到更大的晶圆进行生产之后,发现并没有获得太多好处。尤其,当客户们希望使用成熟且低廉的技术来生产之际,会发现8英寸晶圆的实用性优于12英寸晶圆,这也是许多物联网传感器等产品会使用相对成熟节点的主要原因。

而在新冠肺炎疫情大流行之前,许多代工厂的8英寸晶圆厂产能利用率就已经很高。

例如晶圆代工龙头台积电,过去在新增8英寸晶圆产能方面的速度缓慢,这就让8英寸晶圆产能一直维持着吃紧的状态。不过,这并不代表着每个有8英寸晶圆产线的代工厂的利用率都很高。因为在某些情况下,一家公司将一款新产品的设计生产转移到新的晶圆厂时,可能需要大量的时间和资金。

也就是说,如果一家公司在代工厂A所生产的产品要转移至代工厂B进行生产时,因为过程中必须要花费重新设计的成本与时间,其中又以重新设计光罩的花费最高,这使得相关产品的成本将会大幅提升,因此造成同是8英寸晶圆代工厂,但是产能利用率却会有差异的情况。

不过,8英寸晶圆厂产能利用率落差的状况在新冠肺炎疫情大流行之后有了改变。因为宅经济的发酵,使得个人电脑及消费性电子产品的销量大爆发,这让各种芯片有了突破性的需求,这使得各8英寸晶圆厂的产能持续呈现满载,以用来生产新的产品,这也就给供应链带来了压力。

厂商指出,当前包括电源、CMOS图像传感器、RF射频等产品都供应吃紧。另外,随着5G终端设备与汽车电子未来的需求可望提升,则Wi-Fi和蓝牙芯片的需求未来也面临缺少的压力。

另外,先前华为受到美国禁售令的制裁,在禁令生效前的大量市场采购,也使得市场面临供需失衡的情况。即使到现在,华为的竞争对手,如小米等也都仍在持续地加紧采购半导体产品,期望使自己的产品补足华为在禁令生效后于市场上所遗留缺口,这就使得相关晶圆代工厂也在尽力解决缺少产能的问题。

根据统计,预测到2021年全球将新增每月22万片的8英寸晶圆产能投入生产,使得到时全球8英寸晶圆的总产能将超过每月640万片。只是,这样的产能似乎还无法完全纾解目前市场上的产能压力。

台积电董事长刘德音就曾经表示,2021年半导体景气仍然非常乐观,使得台积电产能确实吃紧。但是,台积电未来仍尽量会帮助客户有更好成长。

联发科董事长蔡明介也表示,据根供应商消息表示,2021年上半年产能吃紧情况,目前估计还是不容易获得纾解。而产能吃紧原因,主要在于过去几年业界在成熟制程上的投资不够多,而先进制程投资金额又庞大所致。

力积电董事长黄崇仁则是对产能解决状况看法更为保守,指出全球晶圆代工产能不足会持续到2022年之后,原因包括需求成长率大于产能成长率,且包括5G及人工智能(AI)等应用将带动更多需求。

就以上的产业高层的看法可得知,尽管各家晶圆厂已经开始预作准备,但要在2021年要解决8英寸晶圆产能欠缺的情况仍不乐观。

封面图片来源:TSMC