8英寸晶圆在近30年经历了兴起、调整、再火热的过程,其变化受市场需求、技术发展、成本因素等多方面影响。具体如下:
兴起阶段(1990 - 2007年)1990年IBM联合西门子建立第一个8寸晶圆厂后,8寸晶圆厂迅速增加,1995年达到70座,2007年达到顶峰200座,产能达到560万片/月的历史高点。这一时期,8英寸晶圆成为业内先进标准,主要得益于其相比6英寸晶圆能生产更多芯片,降低成本并提高良率。晶圆尺寸发展历史:物联网发展:2015年随着物联网体系逐渐成熟铺开,智能产品带来MCU、电源芯片、指纹识别产品等需求增长,同时工业、汽车电子应用需求也大幅攀升,这些产品对应8英寸晶圆厂领域,8英寸产品线供需出现逆转。
6英寸产能切换:2010 - 2016年间,约超过20座6英寸晶圆厂关闭,分立器件、功率器件、MEMS、模拟芯片等产品需求切换至8英寸晶圆,加重了8英寸产能负担。
新兴应用推动:2018、2019年手机多摄像头、指纹等带动CMOS图像传感器、指纹识别芯片等需求提升;2020年5G手机、汽车、物联网等渗透率快速提升,使得功率、电源管理、功率器件等需求大增,再加上“疫情”驱动在家办公、在线教育等需求增加,使得笔记本、平板等电子产品需求增长,从而拉动驱动IC芯片、分离式元件及其他半导体元件需求增长。
12英寸替代局限性:12英寸晶圆厂进入门槛高,初期投资及后续研发投入巨大,百亿美元方能达到有效竞争水平,且留给65nm及以上制程的空间不多,产品代工费用高昂,同时产品制程尺寸减少会导致漏电量增加,电源电池类应用制程通常会选择8英寸产品,其他例如MEMS感应器、LED照明等产品线上,8英寸的相对优势也较大。
产能情况设备难寻:8英寸设备主要通过二手购入,如今越来越稀少,且8英寸设备的工艺分界线从90nm上移至65nm等,导致8英寸生产线的投资金额大幅上升。
厂商扩产:尽管扩建或新建8英寸晶圆厂非易事,但目前已有不少厂商开始行动。如三星电子正考虑针对旗下的8英寸晶圆厂进行自动化扩建投资;台积电于2018年12月宣布在台南厂区新建8英寸晶圆厂;格罗方德宣布将购买土地用作建设先进的8英寸晶圆厂;联电在大陆的产能扩充动作频频,且在考虑收购闲置且成熟的8英寸晶圆厂;中芯国际预计在今年内于天津、上海、深圳三个8英寸晶圆生产基地增加3万片/月的产能;华虹半导体2020年8英寸产能利用率已到达100%。
未来需求方向物联网:新工厂8英寸的产能中,37%将专用于替换工厂,24%专用于内存,17%专用于微处理器,物联网是未来的8英寸容量需求市场。
自动驾驶:自驱动推动了对传感器和功率半导体的需求,将推动8英寸晶圆产能的消耗。
功率半导体和NOR Flash存储器:未来包括IGBT和场效应晶体管在内的功率半导体的使用将大大增加,推动8英寸晶圆的市场需求;部分NOR Flash主要使用8英寸芯片,也是消耗8英寸生产能力的方向之一。
18英寸晶圆发展受阻几年前主要芯片厂商积极推动18英寸晶圆设备装机,但G450C组织在2016年底逐渐停止运作,18英寸晶圆目前失去了背后的推动力。原因资金和技术压力:18寸晶圆产线发展遇到资金和技术的双重压力,晶圆厂向18英寸产线转进的速度急剧放缓,半导体公司纷纷转向努力增加12英寸和8英寸晶圆线的利用率。
技术障碍高:18英寸晶圆面临的技术障碍比预期高,可能导致量产时程延后,目前全球有能力进入18英寸晶圆世代的半导体厂很少。
成本高昂:从12英寸转至18英寸晶圆面积可多出1.25倍,但投入研发和盖厂费用飙升,估计一座12英寸厂成本约25亿美元,但18英寸厂要100亿美元起跳,让厂商踌躇不前。
