模擬芯片廠商大刀闊斧邁向12英寸晶圓產(chǎn)線

2021年模擬IC市場達到了741億美元的歷史新高，強勁的需求和供應鏈中斷導致去年模擬IC的平均銷售價格上漲了6%。IC insights預計，2022年模擬IC總銷售額將增長12%至832億美元，單位出貨量將增長11%至2387億。在模擬IC蓬勃發(fā)展的同時，模擬芯片廠商大刀闊斧的進行擴產(chǎn)投資，紛紛邁向了12英寸晶圓產(chǎn)線。模擬芯片的12英寸時代來臨。

模擬芯片大廠向12英寸晶圓廠邁進

德州儀器最早進入12英寸

德州儀器（TI）是模擬芯片領域絕對的龍頭，2020年其模擬IC銷售額為109億美元，占全球19%的市場份額。統(tǒng)計顯示，到2020年，TI 大約一半的模擬器件是在300mm（12英寸）晶圓上制造的。該公司此前曾表示，與使用200mm晶圓生產(chǎn)相比，在300mm晶圓上制造模擬 IC 將未封裝部件（在芯片級）的成本降低了 40%。據(jù) TI 稱，在300毫米晶圓上制造的完全封裝和測試的 IC 成本比在200毫米晶圓廠制造的 IC低約 20%。

2009年，德州儀器成為第一家在300mm設備上制造模擬設備的公司。彼時，德州儀器宣布以1.725億美元的價格從破產(chǎn)的DRAM制造商奇夢達公司那里購買了300mm的制造工具，并將其轉移到德克薩斯州現(xiàn)有的“RFAB”工廠中，開始大規(guī)模制造模擬IC。2010年，德州儀器又從Cension Semiconductor Manufacturing手中收購了兩家由Spansion在日本會津若松運營的晶圓廠，一座可用于200mm生產(chǎn)，另外一座則可同時兼顧200mm和300mm的生產(chǎn)。德州儀器還將其舊的DMOS 6晶圓廠過渡到300mm。

得益于300mm晶圓的產(chǎn)能提高，以及于專注于工業(yè)和汽車市場的優(yōu)勢，德州儀器近年來的毛利率逐年升高。在看到了模擬芯片市場長期的增長趨勢后，德州儀器開始大規(guī)模擴產(chǎn)。

2022年2月，德州儀器宣布了未來幾年的資本支出計劃，到2025年，德州儀器每年將支出約 35 億美元用于芯片制造。德州儀器將新建4座工廠，主要在謝爾曼進行，該公司計劃今年完成前兩家工廠的建設，預計2025年第一家工廠投產(chǎn)。第三和第四家工廠的建設將在 2026 年至 2030 年之間開始。2021年7月，德州儀器還以9億美元收購了美光科技位于猶他州Lehi的一座12英寸晶圓制造廠LFAB。該廠最初是美光科技計劃用其生產(chǎn)3D Xpoint存儲芯片，由于美光退出3D Xpoint業(yè)務，德州儀器計劃將其改造，用于制造65nm和45nm工藝的模擬和嵌入式芯片，預計將于2023年初開始生產(chǎn)。

德州儀器表示，當其完成其位于猶他州的Sherman、Richardson和 Lehigh制造廠以及馬來西亞的另一個制造廠時，該公司將擁有八家300mm晶圓廠。

英飛凌已有2家12英寸晶圓廠

英飛凌目前有2座300mm晶圓廠，一個在德國德累斯頓（Dresden），一個在奧地利菲拉赫（Villach）。其中菲拉赫的工廠經(jīng)過三年的籌備和建設，于2021年9月正式啟用，新工廠將使英飛凌能夠服務于電動汽車、數(shù)據(jù)中心以及太陽能和風能中不斷增長的功率半導體市場，并將為英飛凌帶來每年約 20 億歐元的額外銷售潛力。

菲拉赫是英飛凌的功率半導體專業(yè)中心，長期以來一直是英飛凌制造網(wǎng)絡中的重要創(chuàng)新基地。2013年，英飛凌在奧地利發(fā)布了菲拉赫CoolMOS系列的第一批產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在其德累斯頓工廠的300毫米生產(chǎn)線上生產(chǎn)。由于300mm具有更大的晶圓直徑，也帶來了顯著的生產(chǎn)力優(yōu)勢，并降低了資本支出。

英飛凌管理委員會成員兼首席運營官 Jochen Hanebeck 表示：“兩個300mm晶圓廠都基于相同的標準化生產(chǎn)和數(shù)字化概念。這使我們能夠控制兩個站點的制造操作，就好像它們是一個工廠一樣。我們提高了生產(chǎn)力并為我們的客戶創(chuàng)造了額外的靈活性。這是因為我們可以在站點之間快速移動不同產(chǎn)品的產(chǎn)量，從而更快地響應他們的需求。憑借虛擬超級工廠，英飛凌在 300 毫米制造領域樹立了新標桿。這使得進一步提高資源和能源效率成為可能?！?/p>

ST/Tower的共享12英寸晶圓廠

意法半導體于2015年在其內部300毫米晶圓廠生產(chǎn)模擬器件。ST的300mm晶圓廠Crolles，主要負責投產(chǎn)28納米傳統(tǒng)CMOS制程和28納米FD-SOI制程技術。

2019年ST謀劃在意大利Agrate 建造一座300毫米晶圓廠。2021年6月，ST和Tower Semiconductor宣布了一項協(xié)議，兩家將共用Agrate 的300mm晶圓廠。ST 將共享 R3 的潔凈室，Tower 將在總空間的三分之一處安裝自己的設備。該工廠預計將于今年晚些時候準備好進行設備安裝，并于 2022 年下半年開始生產(chǎn)。在早期階段，用于智能電源的 130nm、90nm和65nm工藝、模擬混合信號和射頻工藝將在 R3 中獲得認證。這些技術中的產(chǎn)品將主要用于汽車、工業(yè)和個人電子應用。

安森美聚焦12英寸晶圓產(chǎn)能

安森美在East Fishkill有一家12英寸晶圓廠，2019年安森美又收購了格芯位于紐約東菲什基爾的300 毫米晶圓廠Fab 10，但現(xiàn)在還不屬于安森美，2023年安森美才能獲得該工廠的全面運營控制權。所以安森美正在提高其East Fishkill的晶圓廠的產(chǎn)能。安森美表示，未來兩年將加大投資力度，由6%增加到12%，其中就包括用于擴產(chǎn)300mm晶圓廠的產(chǎn)能。

去年，安森美改名，確立了公司的新戰(zhàn)略：智能電源和智能感知。由傳統(tǒng)IDM模式向更加靈活的Fab-Liter模式轉型，將采取更加靈活的制造路線和策略，逐漸拋棄6英寸晶圓廠，聚焦300mm晶圓產(chǎn)能，并將提高通用封裝后端廠的靈活性。

東芝新建12英寸晶圓廠

2022年2月4日東芝宣布，將在其位于日本石川縣的主要分立半導體生產(chǎn)基地—加賀東芝電子株式會社建造一座新的300mm晶圓制造工廠，以擴大功率半導體產(chǎn)能。該晶圓制造工廠的建造將分兩個階段進行，第一階段生產(chǎn)計劃將于2024財年內啟動。當?shù)谝浑A段產(chǎn)能滿負荷時，東芝的功率半導體產(chǎn)能將達到2021年度的2.5倍。

國內模擬芯片和代工廠商乘勢追趕

不只是國外模擬芯片大廠，國內這幾年在模擬芯片領域發(fā)展迅速，包括華潤微、士蘭微、聞泰科技、格科微等在內的模擬芯片廠商，華虹和粵芯半導體等的模擬芯片代工廠商，也已經(jīng)開始紛紛謀劃建立12英寸晶圓線。

華潤微建12英寸功率半導體晶圓廠

2021年6月，華潤微發(fā)布于對外投資公告稱，華潤微與大基金二期以及重慶西永設立設立潤西微電子，由潤西微公司投資建設 12英寸功率半導體晶圓生產(chǎn)線項目，項目計劃投資 75.5 億元人民幣。其中，華微控股以自有資金出資 9.5 億元，出資完成后占項目公司注冊資本的 19%。

該項目建成后預計將形成月產(chǎn)3萬片12英寸中高端功率半導體晶圓生產(chǎn)能力，并配套建設 12英寸外延及薄片工藝能力。據(jù)華潤微透露，12英寸產(chǎn)線預計在2022年可以實現(xiàn)產(chǎn)能貢獻，將主要用于自有功率器件產(chǎn)品的生產(chǎn)。

士蘭微12英寸線一期建成

士蘭微在廈門擁有兩條12英寸特色工藝芯片生產(chǎn)線。其中一條12英寸生產(chǎn)線總投資70億元，工藝線寬90nm，該生產(chǎn)線分兩期進行，計劃月產(chǎn)8萬片，2020年12月項目一期已投產(chǎn)；另一條12英寸生產(chǎn)線預計總投資100億元，將建設工藝線寬65nm至90nm的12英寸特色工藝芯片生產(chǎn)線。

2021年，士蘭微重要參股公司士蘭集科公司基本完成了12英寸線一期產(chǎn)能建設目標，并在12英寸線上實現(xiàn)了多個產(chǎn)品的量產(chǎn)，包括溝槽柵低壓MOS、溝槽分離柵SGT-MOS、高壓超結MOS、TRENCH肖特基、IGBT、高壓集成電路等。12月份，士蘭集科公司12英寸線月產(chǎn)芯片超過3.6萬片，全年產(chǎn)出芯片超過20萬片。

為搶抓市場機遇，2021 年士蘭集科公司已著手實施二期建設項目，即《新增年產(chǎn)24萬片12 英寸高壓集成電路和功率器件芯片技術提升和擴產(chǎn)項目》。今后，隨著二期項目建設進度加快，士蘭集科12英寸線工藝和產(chǎn)品平臺還將進一步提升，公司將持續(xù)推動滿足車規(guī)要求的功率芯片和電路在12英寸線上量。

聞泰科技建12英寸車規(guī)級晶圓產(chǎn)線

2021年1月4日，聞泰科技12英寸車規(guī)級半導體晶圓制造中心項目開工 。該項目該項目是中國第一座12英寸車規(guī)級功率半導體自動化晶圓制造中心，總投資120億元，預計年產(chǎn)晶圓片40萬片，經(jīng)封裝、測試后的功率器件產(chǎn)品，可廣泛應用于汽車電子、計算和通信設備等領域，達產(chǎn)產(chǎn)值約每年33億元。

格科微轉向Fab-lite

2020年7月，圖像傳感器龍頭格科微擬在臨港新片區(qū)投資建設“12英寸CIS集成電路特色工藝研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項目”，據(jù)介紹，該項目計劃建設一座12英寸月產(chǎn)6萬片晶圓的CMOS圖像傳感芯片廠。2022年1月，據(jù)報道，格科微該項目已經(jīng)完成了設備安裝。

從Fabless轉向Fab-lite模式的好處有很多。首先是更具成本效益；再者，F(xiàn)ab-lite模式能更好的把控產(chǎn)品的質量和可靠性，產(chǎn)品開發(fā)周期也更可控；減少了對代工廠的依賴，不再受產(chǎn)能分配等待問題；Fab-lite一般都是專注在更成熟或者更舊的節(jié)點，模擬芯片也一般是采用成熟的節(jié)點，而且模擬芯片產(chǎn)品具有很長的生命周期，與先進技術節(jié)點相比，需要更少的資金運行；能更好的應對市場變化，比如此次汽車芯片短缺，低成本方法消除了內部生產(chǎn)需求的短缺。

華虹無錫和粵芯半導體建立12英寸代工產(chǎn)線

華虹無錫的一期項目（華虹七廠）是聚焦特色工藝、覆蓋90~65/55納米工藝節(jié)點、規(guī)劃月產(chǎn)能4萬片的12英寸（300mm）集成電路生產(chǎn)線，支持物聯(lián)網(wǎng)等新興領域的應用。華虹七廠于2019年正式落成并邁入生產(chǎn)運營期，成為中國大陸領先的12英寸特色工藝生產(chǎn)線，也是全球第一條12英寸功率器件代工生產(chǎn)線。

粵芯半導體也在構建12 英寸芯片生產(chǎn)平臺?；浶景雽w項目計劃分為三期進行，計劃總投資約370億元。一期及二期新建廠房及配套設施占地14萬平方米，一期主要技術節(jié)點為180-90nm制程，二期技術節(jié)點延伸至 90-55nm 制程，三期技術節(jié)點進一步延伸至55-40nm，22nm制程，實現(xiàn)模擬芯片制造規(guī)模效應和質量效益。三期建設全部完成投產(chǎn)后，將實現(xiàn)月產(chǎn)近8萬片12 英寸晶圓的高端模擬芯片制造產(chǎn)能規(guī)模，滿足大灣區(qū)制造業(yè)的功率分立器件、電源管理芯片、混合信號芯片、圖像傳感器、射頻芯片、微控制單元等芯片需求。

寫在最后

對于單片成本僅幾美元的模擬芯片來說，高毛利是模擬芯片廠商保持競爭力的一個重要因素。而邁向12英寸則是他們保障高毛利，盈利未來的方式之一。TI此前曾表示，12英寸晶圓擁有20到30年的活力。