[原创] 12吋和8吋晶圆增量市场谁将更胜一筹？
2020-11-05
14:00:08
来源: 半导体行业观察
来自SEMI的统计和预测数据显示，今年，全球用于12吋晶圆厂的投资额有望同比增长13%，创造历史新纪录。而且，由于疫情影响，全球数字化转型进程将加速，这样，2021年在12吋晶圆厂上的投资将在今年的基础上再创新高，预计同比增长4%，之后的2022 年稍微放缓后，2023年将再创新高，达到700亿美元的规模。如果市场真如SEMI预测那样发展的话，那么在接下来的三年里，全球半导体制造市场将迎来一个新的发展高潮。
图：2013至2024 年12吋晶圆厂设备支出走势（图源：SEMI）
在晶圆厂数量方面，SEMI表示，排除低可能性或谣传的晶圆厂建设，保守估计，2020年至 2024年至少新增38座12吋晶圆厂，其中，中国台湾增加11座，中国大陆增加8座，两地区合计占总数的一半。预计2024年12吋晶圆厂总数将达到161座，晶圆厂月产能有望增长180万片(wpm)，达到700万片以上。
近几年，虽然中国大陆在12吋晶圆厂建设方面出现了不少泡沫，但总体增长的势头，特别是市场对产能的需求量一直是刚性增长。在这种情况下，中国大陆产能占全球比重将快速增长，据统计，2015年的市占率仅为8%，而到2024年将增至20%，月产能也将达150万片。SEMI认为，尽管非中国公司在这一波增长中占很大一部分，不过中国企业组织也正加速投资，相关企业今年占中国大陆产能约43%，2022年将达到50%，2024则有望升至60%。
与中国大陆相比，日本在全球12吋晶圆产能比重持续下降，2015年约占19%，2024年将跌至12%；美洲也将从2015年的13%，跌至2024年的10%。SEMI认为，韩国将成为最具发展潜力的市场，投资额在150亿至190亿美元之间，紧随其后的中国台湾投资额约为140亿至170亿美元，中国大陆为110亿至130亿美元。
涉及到具体的芯片产品，12吋晶圆厂最大资本支出依然会用在存储芯片（DRAM和3D NAND）上，预计2020到2023年的实际和预测投资额每年都将以高个位数稳健增长，2024年幅度有望进一步扩大到10%。另外，用于逻辑芯片/MPU和MCU的投资在2021到2023年也将稳步提高，特别值得关注的是功率器件，用在该类产品的投资增长幅度在2021年有望超过200%，而2022和2023年也将保持两位数的增长率。
以上谈的是全球12吋晶圆厂及其产能的市场状况和发展态势。当下，不只是12吋，8吋晶圆厂和产能状况也非常惹人关注，因为市场需求出现了前所未有的高涨，一点儿不逊于12吋的行情。
以往，8吋晶圆被认为是落后产线，更关注12吋晶圆产线的建设和量产。然而，就是这一比12吋晶圆“古老”多年的产品，8吋晶圆芯片产能从2018年起，就处于明显不足的状况，而从2019年和即将过去的2020年来看，8吋晶圆产能依然很紧张，特别是在中国大陆地区，在多条12吋产线上马的情况下，似乎有些忽视了8吋晶圆产能问题。总体来看，无论是IDM，还是晶圆代工厂，8吋晶圆产能在我国大陆地区一直都很紧俏，产能利用率相当高。
出现这种状况的原因主要是市场对模拟芯片的需求量一直在提升，电源管理、功率器件、CMOS图像传感器、MEMS传感器、RF收发器、PA、滤波器，ADC、DAC等等，大都投产在8吋晶圆产线里。
SEMI预计，2019~2022年，全球8吋晶圆产量将增加70万片，增加幅度为14%，其中，MEMS和传感器相关产能约增加25%，功率器件产能预估将提高23%。据SEMI统计，2019年的15个新晶圆厂建设计划中，约有一半是8吋的。
图：全球8吋（200mm）晶圆厂产能预估（来源：SEMI）
正因为市场需求如此强劲，未来几年对8吋晶圆产能的需求不断提升，为了满足需求，新的产线建设陆续上马，这说明目前的产能无法完全满足供给需求。那么，8吋晶圆产能为何仍满足不了应用需求呢？原因是多方面的。
首先，当然是模拟芯片应用需求强劲，特别是随着物联网、5G及新能源汽车的逐步落地，对功率器件（以IGBT和MOSFET为主）的需求相当强劲，而这也给了8吋晶圆更多的商业机遇。
其次，8吋晶圆代工产能与交期一直都比较紧张。主要晶圆代工厂的8吋线产能普遍紧张，而且，大部分模拟、分立器件市场由IDM大厂把持，如英飞凌、德州仪器（TI）等，但因产能有限，这些IDM通常会将订单外包给晶圆代工厂代工，同时，在从6吋转向8吋过程中，部分IDM的主要产能专注于12吋线，没有额外增添8吋线，这样就不得不将8吋产品外包。因此，大部分IDM扩产幅度比需求增长幅度低，外包的比例会越来越高，这样就加剧了晶圆代工厂订单供不应求的局面。
再有，相关设备供给不足（很多设备厂都已经不再出产8吋晶圆加工设备了，因此，这些年全球、特别是中国大陆地区的二手8吋晶圆设备很受欢迎）、8吋硅片产量受限等，也都是形成整体市场产能吃紧的原因。
目前，硅晶圆的主力是8吋和12吋的，然而，早些年，6吋（150mm）晶圆曾一度统治市场，6吋厂于1980年开始生产，当时主要是英特尔在推动其发展，在那之前，4吋还是市场主力军。8吋晶圆厂在1990年开始快速增长，当时是以IBM与西门子合作生产64位DRAM为代表，而12吋晶圆厂从2000年后开始稳定增长。
产能方面，8吋晶圆在1998年超过6吋晶圆产能并在2007年达到顶峰，2008年，12吋晶圆产能超过8吋的，8吋晶圆产能在2008年到2009年间下降，但仍为增长趋势。
1995年，全球8吋晶圆厂的数量为70个，到2007年达到历史最高峰的200个，到2015年底又降至180个，1999到2018年间，全球总共关闭了76家8吋晶圆厂，在2008-2009年金融危机期间，多数8吋晶圆厂关闭或转型到12吋晶圆厂。这主要是因为晶圆尺寸越大，可利用效率越高。12吋晶圆拥有较大的晶方使用面积，得以达到效率最佳化，相对于8吋晶圆而言，12吋的可使用面积超过两倍，具有更好的成本效益。
除了前文给出的SEMI统计和预测之外，下面再来看另一组数据，来自IC Insights的统计和预测显示，2018-2021年间，全球范围内可量产的12吋晶圆厂每年都会增加，到2021年，将达到123家，而这一数字在2016年为98家，基本上所有新建设的晶圆厂都将用来生产目前急缺的DRAM、闪存，或者增强现有的代工能力。截至2016年底，12吋晶圆贡献了全球IC晶圆厂产能的63.6%，预计到2021年底这一数字将达到71.2%，在这5年内，以硅片面积计算的年复合平均增长率达到8.1%。
2008到2016年期间，总共有15座晶圆厂从8吋转型为12吋的。与8吋晶圆相比，12吋的本来已经体现出了明显优势。然而，从2016年开始，8吋晶圆厂关闭的速度开始减缓，而近两年的市况似乎进一步拉近了它们之间的距离。无论是产能需求，还是新厂建设，或是旧厂拆除、改造等，8吋线似乎焕发了第二春。
总体来看，无论从总体表面积，还是实际晶圆出货量来看，12吋晶圆都是现在使用的主力晶圆尺寸。尽管如此，8吋晶圆厂仍然具备相当长的生命力。到2021年，8吋晶圆的IC生产能力预计仍将保持增长态势，以可用硅片总面积计算，年均复合增长率预计为1.1%。
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