为何晶圆厂都在进军成熟制程?又透露出什么信号?

电子芯技术 2022-12-14
2546 字丨阅读本文需 7 分钟

日前,三星电子在日本东京都召开晶圆代工业务说明会,向客户展示技术与产能展望,以进一步加强自身晶圆代工业务。据了解,三星正在对晶圆代工业务进行积极投资,其中在成熟制程方面,三星计划在2027年之前将成熟制程产能提高至目前的2.5倍。

英特尔和台积电在成熟制程领域的布局也从未停止。此前,英特尔宣布将为联发科数字电视及成熟制程的WiFi芯片代工,成熟制程或许有望成为英特尔打造全球领先芯片代工业务的重要环节。台积电则在今年的技术研讨会上透露,计划将台积电2025年成熟制程的产能扩大至目前的50%左右。

先进制程玩家反攻成熟制程

过往,在摩尔定律的驱动下,晶圆厂一直在紧追先进工艺,这场决赛的最后仅剩台积电、三星和英特尔这几家。随着先进制程逐渐逼近极限,现在这些晶圆代工厂开始反攻成熟制程,他们开始纷纷大幅扩产成熟工艺,这是前所未有的现象。不过也表露出成熟制程的市场空间,以台积电为例,其传统节点(16nm及以上成熟制程)的份额占其2021年收入的50%。

台积电早在去年就放出要扩产成熟产能的信号。为了解决车用及工控等芯片产能短缺问题,台积电今年在高压及电源管理IC、MEMS微机电及CMOS影像传感器、嵌入式快闪存储器(eFlash)等特殊成熟制程领域大幅扩产,资本支出达到过去三年平均支出的3.5倍,今年特殊成熟制程产能会较去年增加14%,占整体成熟制程比重亦将提升到63%。台积电要扩产的成熟工艺工厂主要有3个:台积电高雄Fab 22厂区将兴建P1~P2厂,还有就是南科Fab 14厂区P8厂,这些都将用来支援特殊成熟制程。

三星在最近的年报中也披露今年将扩大成熟制程晶圆代工布局,主要是CIS所需的成熟制程产能,此举势必将瓜分联电、世界先进、格芯等主攻成熟制程的晶圆厂订单。三星也将继续推出通过改进成熟工艺、提高性能和成本竞争力的衍生工艺技术。三星还提到,中长期将扩大成熟制程产能,并且不排除盖新厂,但三星并未揭露投资金额、新产能规画等讯息。

此前三星与联电有紧密的合作关系,去年三星将28纳米的图像信号处理器(ISP)给联电代工,后双方又合作开发最先进的22纳米高压制程,联电将为三星代工OLED驱动芯片。如今三星宣示要强化成熟制程晶圆代工布局,意味未来也将成为联电的强大竞争对手,双方是既合作又竞争的关系。

在代工领域,英特尔长久以来都是只给自己代工,但是去年英特尔的IDM 2.0策略中,将晶圆代工业务重启。英特尔在今年公布了2022第一季的代工业务表现,从去年的1.03亿美元增至2.83亿美元,同比暴涨175%,虽然相比台积电、联电仍有较大差距,但已逐步逼近了力积电等厂商。根据英特尔对投资人公布的统计数据显示,主要来自思科、亚马逊等30多家客户的订单。这还不包括收购的Tower Semiconductor,若再完成合并高塔半导体,整体体量会更大,将逐步进逼力积电、联电等台厂。

晶圆厂的大幅扩产也反映到了设备市场,光刻机设备供应商ASML一季度卖出了62台光刻机,实现净销售额35亿欧元,净利润6.95亿欧元,新增订单金额70亿欧元,其中25亿欧元来自0.33 NA和0.55 NA EUV系统订单以及大量的DUV订单,这反映了市场对先进和成熟节点持续性的强劲需求。

需求、价格、制造工艺让28纳米制程变主力

究竟为什么,大厂们都将扩产目标,集中在成熟制程?这背后有3股驱动力,推动了当前这个发展。

首先是需求。简单来说,采用28纳米制程的芯片,是目前全球需求最强、更是造成这波半导体「大缺货潮」的主要芯片之一,笔电、平板、电视的显示芯片,或是汽车、家电的电源芯片,都是使用28纳米制程。

其中仅仅是电动车的出货量,今年上半年就较去年同期大增1.6倍,各界更看好,到了2025年,全球电动车的出货量,将较去年水平再翻4倍、冲至1200万辆,这个市场对芯片的需求,也被预期有同样倍数的成长。

其次是价格。由于这波由缺货引发的涨价潮,特色是:制程愈成熟,价格就涨愈多。这个现象,拉近了28纳米与比它更成熟制程、如40纳米的价差,带动IC设计厂改选择前者投片,其产能也随之更紧俏。「客户的负担没有增加太多,但28纳米(的效能)可以做到更多!」

第3,是28纳米的制造工艺,进可攻退可守的特性。28纳米制程使用的设备与制造工艺,是能「兼容」制作更成熟的制程,如40纳米、60纳米,「你扩充好,你也可以往40奈米向上兼容。」 意即,这对晶圆厂来说是最具效益的扩产方式。

上述3股驱动力,让全球晶圆厂无不倾力扩充该制程产能。

在中美对峙的氛围下,美国政府阻挡先进制程的半导体设备出口中国大陆,如一台要价逾一亿美元的极紫外光(EUV)设备。而急于摆脱半导体「掐脖」风险的中国大陆,制程较成熟、但也较不敏感的28纳米制程,就成为力拚半导体自主,先求有、再求好的扩产首选。

以赛亚调研便发现,「中芯」与「上海华力微电子」这两家中国大陆的晶圆代工厂,未来两年将提升的28纳米产能,都可能较目前水平提升1倍。

以往被舆论看不上眼的成熟制程,俨然进入大厂重金投入的「大扩产时代」。然而,投资人可能更关心的是,这波成熟制程的扩产浪潮,会不会重演过去在记忆体业、面板业发生过的,因为过度扩产,导致产业变惨业的悲剧?

成熟制程将呈现百花齐放局面

进入2022年以后,成熟制程迎来台积电、三星和英特尔等各大晶圆厂商的加码布局,这或许能够透露出当前市场发展的更多信号。

“当前摩尔定律严重放缓,进入到3纳米以下工艺研发投入的成本和风险都指数级上升,但基于PC、手机等市场的渐进式创新已经进入衰退期,对先进制程的需求增量空间明显收窄,并且能用得起先进制程的客户也高度集中,因此在先进工艺的竞争态势逐渐成为一种‘零和博弈’。”朱晶向记者解释道,这也是原先专注于先进制程的代工厂商逐步在成熟制程领域寻求机会、加大对成熟制程布局的重要原因。

事实上,成熟工艺制程的需求与下游产业需求和景气度密切相关,与整体经济形势也密切相关。步日欣对记者表示,成熟工艺制程在整个产业链条上的重要性不言而喻。各大晶圆厂加码布局,一方面属于逆周期投资,另一方面也是看好未来经济复苏的趋势。

成熟制程芯片市场在近一年的需求低迷期过后,正在迎来恢复性的增长。在池宪念看来,这与成熟制程广阔的市场空间密不可分。他表示,成熟制程市场种类百花齐放,拥有模拟芯片、功率半导体、射频芯片等产品。这些产品在高端消费电子需求疲软的情况下依旧保持较稳定的需求,未来市场空间需求有望逐步增长。

“40nm以上的成熟制程、180nm以下及180nm以上的成熟制程的市占率保持相对稳定。在需求短暂回落后的4-5年时间里,成熟制程工艺市场依然广阔。”池宪念对记者说。

总体来看, 未来的成熟制程市场有望呈现出“八仙过海,各显神通”的百花齐放局面。朱晶表示,考虑到国内成熟制程IDM厂商的数量也会增加,这一领域将拥有更大的玩家数量,因此成熟制程会是一个充满竞争的市场。特别是中国大陆有必要对成熟制程投入更多资源,以解决产业中制造和设计领域的产业链脱节问题。

文章来源: 芯存社,虎嗅APP,中国电子报

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