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8英寸晶圓產能吃緊原因解讀:過往成熟制程投資不足

2020-12-28
來源:科技新報
關鍵詞: 8英寸 晶圓 5G IC CPU

隨著5G的大力推廣,5G智能手機的滲透率提升,使得其中許多元件需求大幅提升。

而2020年以來,因為新冠肺炎疫情的沖擊,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英寸晶圓廠為生產主力的功率元件、電源管理IC、影像感測器、指紋識別芯片和顯示驅動IC等產品的供應更是吃緊,而這一切的問題就歸咎到8英寸晶圓產能不足所導致。而且,這情況還將延續到2021年以上,短期內難有緩解的機會。

至于,8英寸晶圓產能跟不上市場需求成長,導致供需失衡的原因,日前也有研究調查機構認為,其關鍵因素就在于一直以來8英寸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英寸到6英寸,再到8英寸,以致到當前最新進的12英寸。長期以來,人們一直認為12英寸晶圓要優于8英寸晶圓,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于6英寸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英寸晶圓的的生產線,其中包括臺積電、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,如格芯、中芯國際、聯電、高塔半導體,以及世界先進等廠商。而目前許多用于物聯網(IoT)和5G的元件或芯片,還有部分模擬芯片、MEMS芯片和RF解決方案等都繼續采用8英寸晶圓來生產。

因此,8英寸晶圓廠目前雖不如12英寸晶圓廠以先進制程來生產最尖端的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英寸晶圓本應隨著12英寸晶圓使用的提升而逐漸減少,這預期在2007年至2014年期間也的確如此,但之后卻出現了轉變。原因是8英寸晶圓的生產線非常成熟,且成本低,這使得許多原本8英寸晶圓的客戶,在遷移到更大的晶圓進行生產之后,發現并沒有獲得太多好處。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英寸晶圓的實用性優于12英寸晶圓,這也是許多物聯網傳感器等產品會使用相對成熟節點的主要原因。

而在新冠肺炎疫情大流行之前,許多代工廠的8英寸晶圓廠產能利用率就已經很高。

例如晶圓代工龍頭臺積電,過去在新增8英寸晶圓產能方面的速度緩慢,這就讓8英寸晶圓產能一直維持著吃緊的狀態。不過,這并不代表著每個有8英寸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資金。

也就是說,如果一家公司在代工廠A所生產的產品要轉移至代工廠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高,這使得相關產品的成本將會大幅提升,因此造成同是8英寸晶圓代工廠,但是產能利用率卻會有差異的情況。

不過,8英寸晶圓廠產能利用率落差的狀況在新冠肺炎疫情大流行之后有了改變。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,這讓各種芯片有了突破性的需求,這使得各8英寸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圖像傳感器、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和藍牙芯片的需求未來也面臨缺少的壓力。

另外,先前華為受到美國禁售令的制裁,在禁令生效前的大量市場采購,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采購半導體產品,期望使自己的產品補足華為在禁令生效后于市場上所遺留缺口,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英寸晶圓產能投入生產,使得到時全球8英寸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。

臺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,使得臺積電產能確實吃緊。但是,臺積電未來仍盡量會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,主要在于過去幾年業界在成熟制程上的投資不夠多,而先進制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年之后,原因包括需求成長率大于產能成長率,且包括5G及人工智能(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,盡管各家晶圓廠已經開始預作準備,但要在2021年要解決8英寸晶圓產能欠缺的情況仍不樂觀。


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