為了應(yīng)對晶圓短缺情況制造商正在全球投資新建晶圓廠

為了跟上200毫米和300毫米晶圓的旺盛需求，領(lǐng)先的制造商正在全球投資新建晶圓廠。

從歷史上看，晶圓的尺寸一直在穩(wěn)步增長。從1972年的76毫米開始，最新的晶圓尺寸為450毫米和675毫米。晶圓的直徑越大，可以用它制造的裸片就越多，從而降低了大規(guī)模制造的成本。今天，市場對直徑在150毫米到300毫米之間的晶圓的需求占主導(dǎo)地位。

雖然200毫米晶圓最受追捧，但晶圓產(chǎn)能和晶圓開工量在過去20年一直不穩(wěn)定。晶圓產(chǎn)能在2002年開始下降，最低的衰退發(fā)生在2009年的經(jīng)濟(jì)衰退期間。

硅片的制造過程。

現(xiàn)在，隨著更多晶圓在2021年啟動(dòng)，預(yù)計(jì)2022年晶圓產(chǎn)能將增長到8.7%。即使晶圓產(chǎn)能出現(xiàn)最新的激增——除了2021年的13家之外，2022年還將新增10家300毫米晶圓代工廠——晶圓行業(yè)仍然很脆弱。

1994年至2021年全球晶圓產(chǎn)能的變化。

晶圓通常在設(shè)計(jì)、制造和銷售晶圓的全周期集成設(shè)備制造商（IDM）工廠或在使用他人設(shè)計(jì)進(jìn)行制造的代工廠中制造。***、日本和中國的晶圓代工廠在全球晶圓產(chǎn)能方面領(lǐng)先于北美和歐洲晶圓廠。

FABS和CHIPS采取行動(dòng)支持美國芯片制造商

在2021年3月的眾議院中，半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（SIA）提出了美國促進(jìn)美國制造的半導(dǎo)體（FABS）法案——這是對先前通過的CHIPS法案的補(bǔ)充，可能部分解決200毫米和300毫米晶圓短缺。

FABS和CHIPS法案都是在提升美國在全球芯片制造中的地位方面向前邁出的重要一步，這一比例已從1990年的37%下降到目前的12%。由于專注于投資資金，聯(lián)邦政府似乎支持?jǐn)M議的財(cái)政刺激措施。

激勵(lì)設(shè)計(jì)師、研究人員和制造公司將芯片制造本土化是一項(xiàng)長期戰(zhàn)略。通過新的就業(yè)、提高競爭力和國家安全來加強(qiáng)美國經(jīng)濟(jì)是這項(xiàng)雙邊立法的三個(gè)主要好處。至少一些美國本土的電子公司將在200毫米晶圓的漫長等待中跳過幾個(gè)位置。

全球200-mm和300-mm代工廠激增

許多公司最近宣布了新的制造努力，以減輕短缺的影響。

英飛凌科技最近投資超過20億美元，在馬來西亞居林建造一座200毫米晶圓廠。這家馬來西亞代工廠使用與英飛凌在德累斯頓和菲拉赫的子公司相同的技術(shù)，使用300毫米晶圓，加強(qiáng)了這家德國芯片制造商在寬帶隙SiC和GaN晶圓市場的地位。

Wolfspeed是電源開關(guān)和射頻器件的另一家領(lǐng)導(dǎo)者，它正在紐約莫霍克谷建造一個(gè)200毫米晶圓廠，用于生產(chǎn)基于SiC的組件。這家自動(dòng)化代工廠是世界上最大的代工廠，是Wolfspeed從Si電子元件過渡到SiC電子元件的一個(gè)重要里程碑。

Wolfspeed與LucidMotors合作，為這家汽車制造商提供碳化硅設(shè)備，并支持電動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃。Wolfspeed打算在北卡羅來納州達(dá)勒姆開設(shè)另一家工廠，使達(dá)勒姆和莫霍克谷工廠成為東海岸國家SiC走廊的一部分。

在中西部，英特爾正在努力恢復(fù)美國在半導(dǎo)體創(chuàng)新和供應(yīng)鏈安全方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。對俄亥俄州利金縣的200億美元投資是該公司IDM2.0戰(zhàn)略的一部分，該戰(zhàn)略將擴(kuò)大英特爾的代工產(chǎn)能服務(wù)，創(chuàng)造數(shù)千個(gè)工作崗位，并促進(jìn)領(lǐng)先的晶圓生產(chǎn)。

最后，總部位于新加坡的聯(lián)合微電子公司（UMC）將投資50億美元建造一個(gè)額外的300毫米晶圓廠，用于22/28納米技術(shù)，可在各種消費(fèi)設(shè)備和電動(dòng)汽車中實(shí)施。制造過程預(yù)計(jì)將于2024年開始，每月交付30，000個(gè)新晶圓。

前進(jìn)：供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)和解決方案

未來兩年對于更準(zhǔn)確地預(yù)測晶圓廠的狀況至關(guān)重要。晶圓制造的全球競爭正在加劇。盡管一些供應(yīng)鏈分析師認(rèn)為芯片短缺可能很快就會消退，但其他人預(yù)測它會持續(xù)到2024年以后。供不應(yīng)求的問題促使政府將芯片制造本地化并提高晶圓供應(yīng)鏈的彈性。半導(dǎo)體行業(yè)面臨的一些關(guān)鍵問題包括：

晶圓廠產(chǎn)能不足

設(shè)備短缺

安全風(fēng)險(xiǎn)

許可

設(shè)計(jì)指標(biāo)

延長交貨時(shí)間

建立新伙伴關(guān)系的高成本

這種全球市場的相互依存關(guān)系正在引起人們對半導(dǎo)體供應(yīng)鏈長期健康狀況的擔(dān)憂。改善短缺的兩個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域包括降低光刻工具的成本和支持硬件的更強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。