近期,，行業(yè)出現(xiàn)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(dǎo)體廠商或業(yè)務(wù)部門,，熱衷于興建12英寸晶圓產(chǎn)線,。

　　本周，就有兩則相關(guān)消息很受關(guān)注,。

　　3月10日,，東芝宣布，計(jì)劃引進(jìn)一條新的12英寸晶圓生產(chǎn)線,。傳統(tǒng)上,，該公司的功率半導(dǎo)體主要使用8英寸晶圓生產(chǎn)。而隨著采用12英寸晶圓生產(chǎn)模擬芯片成為全球趨勢(shì),，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(dǎo)體產(chǎn)能提高20%,。

　　據(jù)悉，東芝引進(jìn)12英寸晶圓生產(chǎn)線的主要目標(biāo)是提高低壓MOSFET和IGBT的生產(chǎn)能力,。根據(jù)規(guī)劃,，新產(chǎn)線將于2023財(cái)年上半年投產(chǎn)，該公司表示,，將根據(jù)市場(chǎng)趨勢(shì),，逐步確定后續(xù)投資計(jì)劃，并將繼續(xù)擴(kuò)大日本工廠的分立器件,，特別是功率半導(dǎo)體器件的生產(chǎn),。

　　同樣是在本周，歐洲大廠博世正在德國(guó)德累斯頓建設(shè)新的12英寸晶圓廠，投資額達(dá)到10億歐元,。計(jì)劃今年下半年實(shí)現(xiàn)商用生產(chǎn),。其生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是用于汽車的功率半導(dǎo)體，如用于電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的DC-DC轉(zhuǎn)換器等,。

　　2月,，汽車功率半導(dǎo)體龍頭企業(yè)英飛凌宣布，為了緩解全球車用芯片產(chǎn)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(chǎn)車用芯片，預(yù)計(jì)將于今年第三季度動(dòng)工,。后續(xù)還計(jì)劃在德國(guó)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(guó)，在大陸地區(qū),，聞泰旗下的安世半導(dǎo)體,，以及士蘭微電子這兩家企業(yè)，是車用芯片和功率半導(dǎo)體的龍頭企業(yè),，他們都于近幾個(gè)月在新建12英寸晶圓廠方面有大動(dòng)作,。

　　2020年12月，士蘭微電子位于廈門的12英寸芯片生產(chǎn)線正式投產(chǎn),。該公司規(guī)劃建設(shè)兩條以功率半導(dǎo)體,、MEMS傳感器芯片為主要產(chǎn)品的12英寸特色工藝產(chǎn)線，本次投產(chǎn)的就是其中的一期項(xiàng)目,。

　　近期,，安世半導(dǎo)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(yùn)營(yíng),，年產(chǎn)能大約是40萬片,，主產(chǎn)功率半導(dǎo)體。

　　綜上可見,，近一年時(shí)間內(nèi),，全球半導(dǎo)體熱點(diǎn)地區(qū)的廠商，特別是模擬芯片IDM,，都在新建以功率半導(dǎo)體為主要產(chǎn)品的12英寸晶圓廠,，特別是從2020年底出現(xiàn)車用芯片荒之后，這樣的建廠動(dòng)作指向性就顯得更加明確,，即主攻以車用芯片為重點(diǎn)的功率半導(dǎo)體,。

　　實(shí)際上，這這些廠商動(dòng)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(jīng)開展了類似的建廠計(jì)劃,，其中包括但不限于功率半導(dǎo)體。在逐步關(guān)閉老舊的6英寸、8英寸晶圓廠的同時(shí),，將興建12英寸新廠作為發(fā)展重點(diǎn),。

　　因此，全球8英寸功率半導(dǎo)體廠有向12英寸轉(zhuǎn)型之勢(shì),，再加上早就在向12英寸晶圓轉(zhuǎn)移的邏輯和存儲(chǔ)芯片，數(shù)字和模擬芯片向更高生產(chǎn)效率邁進(jìn)的腳步愈加一致,。

　　據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),，2020年，全球用于12英寸晶圓廠的投資額有望同比增長(zhǎng)13%,，創(chuàng)造歷史新紀(jì)錄,。而且，由于疫情影響,，全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)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(yù)計(jì)同比增長(zhǎng)4%,，之后的2022 年稍微放緩后，2023年將再創(chuàng)新高,，達(dá)到700億美元的規(guī)模,。

　　涉及到具體的芯片產(chǎn)品，12英寸晶圓廠最大資本支出依然會(huì)用在存儲(chǔ)芯片（DRAM和3D NAND）上,，預(yù)計(jì)2020到2023年的實(shí)際和預(yù)測(cè)投資額每年都將以高個(gè)位數(shù)穩(wěn)健增長(zhǎng),，2024年幅度有望進(jìn)一步擴(kuò)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(guān)注的是功率器件，用在該類產(chǎn)品的投資增長(zhǎng)幅度在2021年有望超過200%,，而2022和2023年也將保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)率,。這樣的增長(zhǎng)勢(shì)頭與上文提到的各家廠商“扎堆”新建功率半導(dǎo)體12英寸晶圓廠的現(xiàn)象十分契合。

　　轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)力

　　以功率半導(dǎo)體為代表的模擬芯片產(chǎn)線,，之所以從8英寸向12英寸晶圓轉(zhuǎn)移,，主要原因有二：一是12英寸晶圓具有更高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益；二是當(dāng)下以車用芯片為代表的相關(guān)產(chǎn)能嚴(yán)重不足,，促使向12英寸晶圓轉(zhuǎn)移,。

　　經(jīng)濟(jì)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(dá)到效率最佳化，相對(duì)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(dāng)下行業(yè)對(duì)產(chǎn)能要求大量增加的情況下,，12英寸晶圓的優(yōu)勢(shì)越來越明顯,，相關(guān)的轉(zhuǎn)型案例也越來越多。

　　對(duì)于傳統(tǒng)IDM來說,，8英寸產(chǎn)線的投入產(chǎn)出比顯得越來越低,，大規(guī)模運(yùn)營(yíng)這些產(chǎn)線的積極性已經(jīng)不高了，除了保留一部分必需的8英寸產(chǎn)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(wù)外包給晶圓代工廠，而它們自己主攻12英寸產(chǎn)線,。

　　在模擬芯片市場(chǎng),，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(nèi),，其利潤(rùn)和利潤(rùn)率保持上升態(tài)勢(shì)。按照TI的說法,，創(chuàng)造高利潤(rùn)率與他們用12英寸晶圓廠生產(chǎn)模擬芯片,、降低成本有關(guān)。

　　近些年,，TI一直在穩(wěn)步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產(chǎn)量,，以削減成本并提高生產(chǎn)效率。TI表示,，12英寸晶圓廠的產(chǎn)量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用的8英寸工藝生產(chǎn)的芯片便宜40％,。此外，對(duì)于模擬用途,，12英寸晶圓廠的投資回報(bào)率可能更高,，因?yàn)樗梢允褂?0到30年。

　　TI擁有兩個(gè)12英寸晶圓廠,，2018年,，其12英寸晶圓模擬芯片產(chǎn)量占其整體模擬芯片產(chǎn)量的50％左右?？紤]到5G,，IoT,、汽車和云計(jì)算等應(yīng)用的成熟和大規(guī)模擴(kuò)展，會(huì)推動(dòng)相關(guān)模擬芯片需求的增長(zhǎng),，因此,，該公司有充分的理由進(jìn)行12英寸晶圓廠擴(kuò)展，以保持并進(jìn)一步提升其高利潤(rùn)率,。

　　產(chǎn)能不足

　　當(dāng)下,，芯片產(chǎn)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(dǎo)體更是供不應(yīng)求。

　　在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),，功率半導(dǎo)體器件都是采用8英寸晶圓生產(chǎn)的。隨著市場(chǎng)對(duì)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(jī)遇,。

　　汽車和工業(yè)應(yīng)用是功率器件增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),，在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中,，工業(yè)應(yīng)用和汽車電子的增速最快，而工業(yè)應(yīng)用和汽車電子的應(yīng)用增量主要來自于功率半導(dǎo)體,。

　　據(jù)IC insights預(yù)計(jì),，在功率半導(dǎo)體年出貨量方面，2016~2021的年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.2%,。受益于汽車和工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動(dòng),，預(yù)計(jì)未來3年功率分立器件市場(chǎng)仍將保持5%左右的增速。

　　SEMI的數(shù)據(jù)顯示,，功率分立器件約占8英寸晶圓應(yīng)用的16%,。由于8英寸晶圓設(shè)備短缺，全球8英寸晶圓產(chǎn)能增長(zhǎng)率僅為1~2%,， 低于功率半導(dǎo)體和功率分立器件的增速,。因此，汽車電子和工業(yè)應(yīng)用對(duì)功率半導(dǎo)體需求大于供給導(dǎo)致功率半導(dǎo)體漲價(jià),，而功率半導(dǎo)體對(duì)8英寸晶圓產(chǎn)能需求大于供給,。這是各大廠商向12英寸晶圓轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要原因。

　　8英寸產(chǎn)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(zhuǎn)至12英寸晶圓生產(chǎn),，只有這樣才能在短時(shí)間內(nèi)緩和8英寸產(chǎn)能的緊張情況。目前看來,，以晶粒較大的指紋辨識(shí)IC和功率器件等產(chǎn)品轉(zhuǎn)到12英寸生產(chǎn)的可行性較高,。

　　指紋辨識(shí)IC廠商神盾證實(shí),，該公司確實(shí)從一、兩年前就著手規(guī)劃從8英寸轉(zhuǎn)至12英寸晶圓生產(chǎn),，預(yù)計(jì)今年下半年流片,，明年將會(huì)大量轉(zhuǎn)換。除了成本之外,，產(chǎn)能是神盾此舉更重要的考量因素,。

　　而在功率半導(dǎo)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(dǎo)體對(duì)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(dòng)車處于滲透率快速提升階段,，汽車半導(dǎo)體用量需求的成長(zhǎng)空間很大,，這些將帶動(dòng)硅晶圓產(chǎn)業(yè)進(jìn)入長(zhǎng)期、持續(xù)的供需緊張狀態(tài),。

　　例如在純電動(dòng)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,。混合動(dòng)力汽車的功率半導(dǎo)體用量相對(duì)較少,，以寶馬i3為例,，單輛汽車的功率半導(dǎo)體硅晶圓消耗量約為1/4片。

　　預(yù)計(jì)到2022年,，全球電動(dòng)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(jì)算，對(duì)應(yīng)功率半導(dǎo)體硅晶圓消耗量將達(dá)到500萬片左右,。

　　近一年來,，MOSFET、TVS,、肖特基二極管等功率器件產(chǎn)品的交期普遍延長(zhǎng),，行業(yè)呈現(xiàn)出明顯的供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)，這其中,，來自汽車用的功率器件是重要組成部分,。

　　與此同時(shí)，英飛凌等國(guó)際大廠均優(yōu)先將產(chǎn)能分配給了毛利率較高的新產(chǎn)品,，如汽車和工業(yè)用器件,，退出了中低壓MOSFET,，這就導(dǎo)致MOSFET供需缺口擴(kuò)大。去年,，英飛凌,、意法半導(dǎo)體等大廠的MOSFET產(chǎn)能就被預(yù)訂一空，ODM/OEM及系統(tǒng)廠只能大舉轉(zhuǎn)單中國(guó)臺(tái)灣MOSFET廠,，包括富鼎,、大中、尼克森,、杰力第三季接單全滿,，漲價(jià)5%～10％后的產(chǎn)能已全數(shù)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(xiàn)在部分MOSFET,、整流管和晶閘管交期已延長(zhǎng)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(jīng)達(dá)到52周,。

　　在這種狀況下,，要提升產(chǎn)能，將8英寸產(chǎn)線轉(zhuǎn)為12英寸,，以提升生產(chǎn)效率和芯片絕對(duì)數(shù)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,。

　　結(jié)語

　　當(dāng)下,，美國(guó)、歐洲,，以及中國(guó)大陸的功率半導(dǎo)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(chǎn)線轉(zhuǎn)移已經(jīng)持續(xù)多年,，當(dāng)下的全球性芯片缺貨在很大程度上加速了這一趨勢(shì)轉(zhuǎn)換。這種情況下,，今后兩年內(nèi),，不知道是否能解決8英寸晶圓廠產(chǎn)能不足的問題，結(jié)果值得期待,。