8 吋晶圓產能吃緊主因,過去對成熟製程投資不足所造成

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 25 日 17:45 | 分類 國際觀察 , 國際貿易 , 晶圓 Telegram share ! follow us in feedly
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近來,隨著 5G 的大力推廣,5G 智慧型手機的滲透率提升,使得其中許多元件需求大幅提升。而 2020 年以來,因為武漢肺炎疫情的衝擊,使得宅經濟興起,包括筆電、平板的購買量也同時爆發,這使得以 8 吋晶圓廠為生產主力的功率元件、電源管理 IC、影像感測器、指紋辨識晶片和顯示驅動 IC 等產品的供應更是吃緊,而這一切的問題就歸咎到 8 吋晶圓產能不足所導致。而且,這情況還將延續到 2021 年以上,短期內難有疏解的機會。

至於,8 吋晶圓產能跟不上市場需求的成長,導致供需失衡的原因,日前也國外研究調查機構認為,其關鍵因素就在於一直以來 8 吋晶圓廠投資不足所造成。事實上,過去的幾十年來,晶圓代工廠商一直在提升標準晶圓的尺寸,從 4 吋到 6 吋,再到 8 吋,以致到當前最新進的 12 吋。長期以來,人們一直認為 12 吋晶圓要優於 8 吋晶圓,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量。

也因為以上的認知,現階段已經沒有多少晶圓代工廠致力於 6 吋或更小尺寸的晶圓產能的發展。不過,許多晶圓代工廠仍在營運著 8 吋晶圓的的生產線,其中包括台積電、三星,以及許多二線代工廠,目前都提供這一節點的晶圓代工服務,如格羅方德、中芯國際、聯電、高塔半導體,以及世界先進等廠商。而目前許多用於物聯網 (IoT) 和 5G 的元件或晶片,還有部分模擬晶片、MEMS 晶片和 RF 解決方案等都繼續採用 8 吋晶圓來生產。因此,8 吋晶圓廠目前雖不如 12 吋晶圓廠以先進製程來生產最尖端的 CPU、GPU、FPGA 等產品,但卻是不可或缺的重要關鍵。

只是,依照過往的經驗,8 吋的晶圓本應隨著 12 吋晶圓的使用提升而逐漸減少,這預期在 2007 年至 2014 年期間也的確如此,但之後卻出現了轉變。原因是 8 吋晶圓的生產線非常成熟,且成本低,這使得許多原本 8 吋晶圓的客戶,在遷移到更大的晶圓進行生產之後,發現並沒有獲得太多好處。尤其,當客戶們希望使用成熟且低廉的技術來生產之際,會發現 8 吋晶圓的實用性優於 12 吋晶圓,這也是許多物聯網感測器等產品會使用相對成熟節點的主要原因。

而在武漢肺炎疫情大流行之前,許多代工廠的 8 吋晶圓廠產能利用率就已經很高,例如晶圓代工龍頭台積電這樣的大型代工廠,過去在新增 8 吋晶圓產能方面的速度緩慢,這就讓 8 吋晶圓產能一直維持著吃緊的狀態。不過,這並不代表著每個有 8 吋晶圓產線的代工廠的利用率都很高。因為在某些情況下,一家公司將一款新產品的設計生產轉移到新的晶圓廠時,可能需要大量的時間和金錢。也就是說,如果一家公司在代工廠 A 所生產的產,品要轉移代工廠 B 進行生產時,因為過程中必須要花費重新設計的成本與時間,其中又以重新設計光罩的花費最鉅,這使得相關產品的成本將會大幅提升,因此造成同是 8 吋晶圓代工廠,但是產能利用率缺會有差異的情況。

不過,8 吋晶圓廠產能利用率落差的狀況在武漢肺炎疫情大流行之後有了改變。因為宅經濟的發酵,使得個人電腦及消費性電子產品的銷量大爆發,這讓各種晶片有了突破性的需求,這使得各8吋晶圓廠的產能持續呈現滿載,以用來生產新的產品,這也就給供應鏈帶來了壓力。廠商指出,當前包括電源、CMOS 圖像感測器、RF 射頻等產品都供應吃緊。另外,隨著 5G 終端設備與汽車電子未來的需求可望提升,則 Wi-Fi 和藍牙晶片的需求未來也面臨缺少的壓力。另外,先前中國華為受到美國禁售令的制裁,在禁令生效前的大量市場採購,也使得市場面臨供需失衡的情況。即使到現在,華為的競爭對手,如小米等也都仍在持續地加緊採購半導體產品,期望使自己的產品補足華為在禁令生效後於市場上所遺留缺口,這就使得相關晶圓代工廠也在盡力解決缺少產能的問題。

根據統計,預測到 2021 年全球將新增每月 22 萬片的 8 吋晶圓產能投入生產,使得到時全球 8 吋晶圓的總產能將超過每月 640 萬片。只是,這樣的產能似乎還無法完全紓解目前市場上的產能壓力。台積電董事長劉德音就曾經表示,2021 年半導體景氣仍然非常樂觀,使得台積電產能確實吃緊。但是,台積電未來仍儘量會用方法來幫助客戶有更好成長。聯發科董事長蔡明介也表示,據根供應商消息表示,2021 年上半年產能吃緊情況,目前估計還是不容易獲得紓解。而產能吃緊原因,主要在於過去幾年業界在成熟製程上的投資不夠多,而先進製程投資金額又龐大所致。力積電董事長黃崇仁則是對產能解決狀況看法更為保守,指出全球晶圓代工產能不足會持續到 2022 年之後,原因包括需求成長率大於產能成長率,且包括 5G 及人工智慧 (AI) 等應用將帶動更多需求。就以上的產業高層的看法可得知,使使各家晶圓廠已經開始預作準備,彈藥在 2021 年要解決 8 吋晶圓產能欠缺的情況仍不樂觀。

(首圖來源:shutterstock)