近期，行業(yè)出現了一股熱潮，即越來越多的模擬芯片企業(yè)，特別是功率半導體廠商或業(yè)務部門，熱衷于興建12英寸晶圓產線。
本周，就有兩則相關消息很受關注。
????3月10日，東芝宣布，計劃引進一條新的12英寸晶圓生產線。傳統(tǒng)上，該公司的功率半導體主要使用8英寸晶圓生產。而隨著采用12英寸晶圓生產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，新廠建成后，可將功率半導體產能提高20%。
據悉，東芝引進12英寸晶圓生產線的主要目標是提高低壓MOSFET和IGBT的生產能力。根據規(guī)劃，新產線將于2023財年上半年投產，該公司表示，將根據市場趨勢，逐步確定后續(xù)投資計劃，并將繼續(xù)擴大日本工廠的分立器件，特別是功率半導體器件的生產。
????同樣是在近期，歐洲大廠博世正在德國德累斯頓建設新的12英寸晶圓廠，投資額達到10億歐元。計劃今年下半年實現商用生產。其生產的產品主要是用于汽車的功率半導體，如用于電動和混合動力汽車的DC-DC轉換器等。
????2月，汽車功率半導體龍頭企業(yè)英飛凌宣布，為了緩解全球車用芯片產能不足的困境，將在奧地利新建12英寸晶圓廠，專門用于生產車用芯片，預計將于今年第三季度動工。后續(xù)還計劃在德國也建一座與奧地利相同的新廠。
????同樣的情況也發(fā)生在中國，在大陸地區(qū)，聞泰旗下的安世半導體，以及士蘭微電子這兩家企業(yè)，是車用芯片和功率半導體的龍頭企業(yè)，他們都于近幾個月在新建12英寸晶圓廠方面有大動作。
2020年12月，士蘭微電子位于廈門的12英寸芯片生產線正式投產。該公司規(guī)劃建設兩條以功率半導體、MEMS傳感器芯片為主要產品的12英寸特色工藝產線，本次投產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，將于2022年開始運營，年產能大約是40萬片，主產功率半導體。
綜上可見，近一年時間內，全球半導體熱點地區(qū)的廠商，特別是模擬芯片IDM，都在新建以功率半導體為主要產品的12英寸晶圓廠，特別是從2020年底出現車用芯片荒之后，這樣的建廠動作指向性就顯得更加明確，即主攻以車用芯片為重點的功率半導體。
?????實際上，這這些廠商動作之前，全球排名前兩位的模擬芯片大廠德州儀器（TI）和ADI就已經開展了類似的建廠計劃，其中包括但不限于功率半導體。在逐步關閉老舊的6英寸、8英寸晶圓廠的同時，將興建12英寸新廠作為發(fā)展重點。
因此，全球8英寸功率半導體廠有向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效率邁進的腳步愈加一致。
????據SEMI統(tǒng)計和預測，2020年，全球用于12英寸晶圓廠的投資額有望同比增長13%，創(chuàng)造歷史新紀錄。而且，由于疫情影響，全球數字化轉型進程將加速，這樣，2021年在12英寸晶圓廠上的投資將再創(chuàng)新高，預計同比增長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(guī)模。
涉及到具體的芯片產品，12英寸晶圓廠最大資本支出依然會用在存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預計2020到2023年的實際和預測投資額每年都將以高個位數穩(wěn)健增長，2024年幅度有望進一步擴大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩(wěn)步提高。
特別值得關注的是功率器件，用在該類產品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長率。這樣的增長勢頭與上文提到的各家廠商“扎堆”新建功率半導體12英寸晶圓廠的現象十分契合。
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轉移的驅動力
以功率半導體為代表的模擬芯片產線，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效率和經濟效益；二是當下以車用芯片為代表的相關產能嚴重不足，促使向12英寸晶圓轉移。
經濟效益
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)對產能要求大量增加的情況下，12英寸晶圓的優(yōu)勢越來越明顯，相關的轉型案例也越來越多。
???對于傳統(tǒng)IDM來說，8英寸產線的投入產出比顯得越來越低，大規(guī)模運營這些產線的積極性已經不高了，除了保留一部分必需的8英寸產線外，像TI和ADI這樣的老牌兒模擬芯片巨頭，可以將越來越多的8英寸晶圓加工任務外包給晶圓代工廠，而它們自己主攻12英寸產線。
在模擬芯片市場，像TI、ADI、Maxim這樣的廠商，都有著高于行業(yè)平均水平的毛利率。以TI為例，在過去10年內，其利潤和利潤率保持上升態(tài)勢。按照TI的說法，創(chuàng)造高利潤率與他們用12英寸晶圓廠生產模擬芯片、降低成本有關。
????近些年，TI一直在穩(wěn)步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產量，以削減成本并提高生產效率。TI表示，12英寸晶圓廠的產量比競爭對手使用的8英寸工藝生產的芯片便宜40％。此外，對于模擬用途，12英寸晶圓廠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12英寸晶圓廠，2018年，其12英寸晶圓模擬芯片產量占其整體模擬芯片產量的50％左右?？紤]到5G，IoT、汽車和云計算等應用的成熟和大規(guī)模擴展，會推動相關模擬芯片需求的增長，因此，該公司有充分的理由進行12英寸晶圓廠擴展，以保持并進一步提升其高利潤率。
產能不足
當下，芯片產能不足已成為全球性難題，尤以車用芯片為最，其中，功率半導體更是供不應求。
在過去很長一段時間內，功率半導體器件都是采用8英寸晶圓生產的。隨著市場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。
汽車和工業(yè)應用是功率器件增長的主要驅動力。據Gartner統(tǒng)計，在全球半導體市場中，工業(yè)應用和汽車電子的增速最快，而工業(yè)應用和汽車電子的應用增量主要來自于功率半導體。
據IC insights預計，在功率半導體年出貨量方面，2016~2021的年復合增長率為5.2%。受益于汽車和工業(yè)應用驅動，預計未來3年功率分立器件市場仍將保持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英寸晶圓產能增長率僅為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，而功率半導體對8英寸晶圓產能需求大于供給。這是各大廠商向12英寸晶圓轉移的一個重要原因。
8英寸產能緊張程度延續(xù)到了2021上半年，除非有廠商愿意從8英寸轉至12英寸晶圓生產，只有這樣才能在短時間內緩和8英寸產能的緊張情況。目前看來，以晶粒較大的指紋辨識IC和功率器件等產品轉到12英寸生產的可行性較高。
指紋辨識IC廠商神盾證實，該公司確實從一、兩年前就著手規(guī)劃從8英寸轉至12英寸晶圓生產，預計今年下半年流片，明年將會大量轉換。除了成本之外，產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。
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，電動車處于滲透率快速提升階段，汽車半導體用量需求的成長空間很大，這些將帶動硅晶圓產業(yè)進入長期、持續(xù)的供需緊張狀態(tài)。
例如在純電動車方面，一輛tesla model x汽車需要使用84顆IGBT，這樣算來，基本上一輛車就要消耗掉一片晶圓?；旌蟿恿ζ嚨墓β拾雽w用量相對較少，以寶馬i3為例，單輛汽車的功率半導體硅晶圓消耗量約為1/4片。
預計到2022年，全球電動車銷量有望突破1000萬輛，以平均每輛車消耗1/2片硅晶圓計算，對應功率半導體硅晶圓消耗量將達到500萬片左右。
近一年來，MOSFET、TVS、肖特基二極管等功率器件產品的交期普遍延長，行業(yè)呈現出明顯的供不應求態(tài)勢，這其中，來自汽車用的功率器件是重要組成部分。
與此同時，英飛凌等國際大廠均優(yōu)先將產能分配給了毛利率較高的新產品，如汽車和工業(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、意法半導體等大廠的MOSFET產能就被預訂一空，ODM/OEM及系統(tǒng)廠只能大舉轉單中國臺灣MOSFET廠，包括富鼎、大中、尼克森、杰力第三季接單全滿，漲價5%～10％后的產能已全數賣光。
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到20~40周，而低壓MOSFET交期接近或超過40周，其中，汽車功率器件的貨期問題尤為顯著，IGBT的交期最高已經達到52周。
在這種狀況下，要提升產能，將8英寸產線轉為12英寸，以提升生產效率和芯片絕對數量，就成為了各大模擬芯片，特別是功率器件廠商的共同選擇。
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當下，美國、歐洲，以及中國大陸的功率半導體、車用芯片廠商，很多都在新建12英寸晶圓廠，而8英寸向12英寸晶圓產線轉移已經持續(xù)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英寸晶圓廠產能不足的問題，結果值得期待。
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