八吋晶圓的誘惑｜半導體行業觀察

來源：內容由 半導體行業觀察（ID：icbank） 原創

最近兩年，產能吃緊和漲價已經成為了半導體業的永恆話題。

而在前些年，還被很多人看不上眼，覺得營收能力有限的8英寸晶圓代工產線，最近一年一躍成為了香餑餑，產能供不應求，營收能力大漲，重新回到了行業視野的中心點。

就在前幾天，8英寸晶圓代工產業龍頭世界先進和聯電同時爆出產能全滿的消息。

世界先進三座8英寸廠產能全滿，還傳出其8英寸晶圓代工平均售價（ASP）將上漲5%~10%，並開始篩選訂單，優先生產高毛利產品。

聯電也宣布，8英寸廠產能全滿，將調漲價格並順勢擴產。

由於產能明顯不足，該公司在大陸的和艦廠也將擴產15%，據悉，這是該廠近年最大的單一擴產動作。

市場如此火爆，8英寸晶圓為何能產生這麼大的誘惑力呢？

SEMI的報告顯示，2017年，全球的晶圓（矽片）出貨總面積為11810百萬平方英寸，同比 增加10%，全球晶圓總營收同比增長21%，晶圓價格上漲明顯，累計上漲約10%。

根據SEMI和IC insight的數據，2017年全球晶圓產能為17.9Mwpm（百萬片/月），其中，8英寸片產能約為5.2 Mwpm。

預計到2021年，8英寸晶圓產能仍將逐步增長，以可用矽晶圓面積計算，每年平均增長幅度為1.1%。

在2017年的基礎上，2018年8英寸晶圓價格繼續攀升。

目前，上游矽片產能難以滿足下游快速增長的需求，SUMCO的一季報顯示，本年度矽片出廠價格有望增長20%，2018年Q4價格將較2016年Q4增長40%。

8英寸晶圓的優勢

按照尺寸分類，目前行業應用的晶圓主要有6英寸、8英寸和12英寸這3種，其中8英寸和12英寸的應用量最大。

而相較於12英寸產品，8英寸晶圓有諸多優勢，其中，最主要的是以下兩個：

首先，8英寸晶圓已具備了成熟的特種工藝，而特種工藝技術能夠使尺寸較小的晶粒包含較多的模擬內容，或支持較高電壓。

特種工藝技術包括高精度模擬CMOS、射頻CMOS、嵌入式存儲器CMOS、CIS、高壓CMOS、 BiCMOS和BCDMOS。

這些特種技術對晶圓代工廠的工藝參數有較為嚴格的容差限制，常用的DC-DC轉換器、馬達驅動器、電池充電器IC一般都使用8英寸晶圓生產。

其次，大部分8英寸晶圓廠設備已折舊完畢，固定成本較低。

8英寸晶圓廠的產能在上世紀90年代末期開始提升，大部分晶圓廠現已完全折舊完畢，因此，8英寸晶圓產品在經營成本上極具競爭力。

雖然當前設備供應商不再製造8英寸晶圓廠所用的新設備，但他們通常會與8英寸晶圓廠進一步合作，以極具成本效益的方式，使舊設備壽命延長10~15年。

除了以上這兩點，8英寸晶圓還具有其它優勢，這裡就不再贅述了。

但總體而言，其各種優勢，萬變不離其宗，核心都是成本，這是其最強的殺手鐧。

應用需求驅動

在應用端，對8英寸晶圓代工的強勁需求主要來源於功率器件、電源管理IC、影像傳感器、指紋識別晶片和顯示驅動IC等。

由於模擬/分立器件擁有成熟製程+特種工藝的特性，因此，這些產品絕大多數會採用8英寸或6英寸線生產。

當前，8英寸晶圓產能中約47%來自於Foundry，其餘產能需求主要來自於IDM的模擬晶片、分立器件、邏輯晶片和MEMS，其中模擬晶片、分立器件和邏輯晶片（主要為MCU、指紋識別晶片、CMOS等）、MEMS等的產能需求占比已提升至50%。

功率器件需求強勁

當前，市場對功率器件的需求相當強勁，而這也給了8英寸晶圓更多的商業機遇。

汽車和工業應用是功率器件增長的主要驅動力。

據Gartner統計，在全球半導體市場中，工業應用和汽車電子的增速最快，而工業應用和汽車電子的應用增量主要來自於功率半導體。

據IC insights預計，在功率半導體年出貨量方面，2016~2021的年複合增長率為5.2%。

2017年，功率分立器件銷售額同比增長10.4%。

受益於汽車和工業應用驅動，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%。

由於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%， 低於功率半導體和功率分立器件的增速。

因此，汽車電子和工業應用對功率半導體需求大於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於供給，導致8英寸晶圓漲價。

在所有功率器件中，IGBT是最具增長潛力的。

IHS預計，全球IGBT市場在2016~2021期間的年複合增長率為8%，汽車和工業應用是主要驅動力，而全球MOSFET市場在2016~2021期間的年複合增長率為3%，工業應用仍然是主要驅動力。

矽片產量有限

放眼全球，矽片供應商主要有日本信越、Sumco、台灣的環球晶圓、德國Silitronic和韓國SK Siltron等，前5大廠商市場占有率超過90%。

此外，台灣的合晶科技、 Ferrotec也是8英寸矽片的重要供應商。

據統計，2017年全球8英寸矽片產能約為5.4Mwpm。

目前，全球超過三分之一的8英寸矽片在日本生產。

從2016年開始，日本國內8英寸矽片產量和銷售量持續提升，而庫存水平逐漸下降，存貨比率從最高點的90%下降至2017年底的44%。

需求的持續增加使得8英寸矽片在2017年Q1供給緊張，並從2017年上半年開始漲價，2017全年漲價幅度約為3%，而到了2018年Q1，8英寸矽片持續缺貨，漲價幅度達到了10%。

根據矽片巨頭Sumco在一季報披露的內容，預計矽片價格在2018和2019 會持續增長。

Sumco認為，8英寸晶圓的供給量增長有限，且生產設備又不易取得，晶圓代工廠難以對8英寸矽片擴充產能， 8英寸矽片會呈現長期供應緊張狀態，恐將缺貨至2021年。

從目前情況來看，雖然自2017年以來8英寸矽片價格上漲幅度超過10%， 但是從長周期來看，當前8英寸矽片價格仍處於歷史低位，從2007年至今，8英寸矽片價格下降約40%，大部分矽片生產廠的8英寸產品已虧損多年，因此，即使8英寸矽片價格上漲，矽片巨頭的擴產意願也並不強烈。

可見，在產業源頭——矽片產能遲遲跟不上去，是導致全行業缺貨的根源。

由於市場上的矽片供應不足，使得下游的晶圓代工企業處於無米下鍋的境地，從而難以滿足廣大IC設計和IDM客戶的需求，價格自然水漲船高。

有強勁的需求，自然就會有產能的擴充。

據悉，目前在積極擴產8英寸矽片的主要有合晶科技、Ferrotec，還有AST（超矽）、Gritek（有研新材）、JRH（金瑞泓）等。

鄭州合晶矽材料生產項目於2017年7月動工，一期規劃每月20萬片的8英寸矽片產能。

2017年中，環球晶圓與Ferrotec宣布合作，Ferrotec負責生產8英寸矽片，環球晶圓出技術並保證品質，規劃三期，每期規劃月產能增加15萬片。

8英寸晶圓代工廠減少

據統計，從2008到2016年，有37座8英寸晶圓代工廠關閉，同時有15座廠從8英寸轉換為12英寸，截至2016年，全球8英寸晶圓代工廠已減少至180座左右。

而據SEMI統計，全球8英寸晶圓廠產能增長速度極低，2015~2017年僅增長約7%。

另外，部分6英寸產線關閉，將產能轉單至8英寸線。

2010~2016年間，約有25座6英寸晶圓廠關閉，相應產能減少約453 k wpm（換算為8英寸），而6英寸線產能減少之後，原產線的產品（如分立器件、功率器件、MEMS、模擬晶片）將會切換至8英寸晶圓產線。

晶圓代工產能與交期吃緊

目前，全球8英寸晶圓代工線產能利用率逼近100%，而產能拓展潛力有限，受此影響，與2017年Q2相比，今年同期主要半導體元器件的交貨時間明顯延長，與前幾個季度相比，模擬器件、傳感器、分立器件和32位MCU等交貨時間均增加，最緊張的交貨時間已延長至 40~50周。

digitimes的數據顯示，台灣主要晶圓代工產能利用率不斷增長，截至今年6月，產能利用率為94.7%，同比增長了1.3%。

當前台灣主要晶圓代工廠8英寸線產能約為1100~1200 千片/月。

目前，大部分的模擬、分立器件市場由IDM大廠把持，如英飛凌、德州儀器（TI）等，但因產能有限，這些IDM通常會將訂單外包給Foundry代工廠，同時，在從6英寸轉向8英寸過程中，部分IDM的主要產能專注於12英寸線，沒有額外增添8英寸線，這樣就不得不將 8英寸產品外包。

因此，大部分IDM擴產幅度比需求增長幅度低，外包的比例會越來越高， 這樣就加劇了Foundry廠訂單供不應求的局面。

據統計，在2017 年，8英寸晶圓代工主力華虹半導體的 8吋晶圓產能為168K/月，中芯國際的產能為234K/月，占晶圓總產能的比例超過40%。

而台積電的8英寸晶圓代工產能占其總產能的比例約為14%；聯電方面，其官方在上個月曾經表示，該公司的8英寸晶圓代工產能供不應求，已開始一次性漲價。

此外，聯電在大陸的8吋廠——和艦將啟動3年多來最大規模擴產，幅度達 15%，預計將在2019年Q 2完成。

在功率器件方面，大陸的揚傑科技收益頗豐。

在其6英寸產線的基礎上，該公司正在積極規劃8英寸線，同時在儲備8英寸晶圓和IGBT技術人才。

設備供給不足

前文多處提到，市場對8英寸晶圓廠使用的設備供應不足，也是導致產能吃緊的一個重要原因。

由於多數8英寸晶圓代工建廠時間較早，運行時間大多長達10年以上，部分設備太老舊或者難以修復，同時，由於當前12英寸晶圓代工廠資本支出規模巨大，部分廠商停止了8英寸晶圓產線，使得相關設備供應商缺乏研發和生產相關設備的積極性。

目前，8英寸晶圓代工產線設備主要來自二手市場，多來自從8英寸向12英寸升級的內存廠商，如三星和海力士，而舊設備市場資源有限，已經呈現出逐漸枯竭的態勢，其中，蝕刻機、光刻機、測量設備最為搶手。

結語

綜上，需求端的火爆與強勁增長，以及供給側（矽片、晶圓代工產能和設備供給等）的不足，共同造就了最近兩年8英寸晶圓市場供不應求的局面。

而從目前及可預見未來的情況來看，這種狀況還難以得到緩解。

不過，從另一層面來看，這種火熱的市場行情顯示出半導體業積極和具有活力的一面，能引起更多的關注，增加信心，可操作的空間也會更大。

這些對於中國半導體產業來說不無裨益。