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- 发布日期：2024-07-02 07:18 点击次数：123 上周，在公司电话会议上，德州仪器（TI）表示，将在未来几年内关闭其最后两个150mm（6英寸）晶圆厂，同时，在其德克萨斯州Richardson工厂建造下一个300mm（12英寸）晶圆厂。德州仪器投资者关系主管Dave Pahl在电话会议上说：“这将是一项多年计划，预计不迟于2023年至2025年完成。”
Pahl表示，每年在这两个150mm晶圆厂生产约15亿美元的产品，很大一部分将转移到300mm晶圆厂，从而提高生产率和经济效益。该公司表示，Richardson新的300mm晶圆厂预计将在2021年底前完成厂房建设，之后会根据市场的具体需求添加设备。2019年4月，德州仪器发布了这座300mm晶圆厂的兴建计划，预计投资31 亿美元。不过，鉴于2019年低迷的半导体市场，以及不甚理想的营收状况，TI在Richardson 投资建设300mm晶圆厂计划并不如当初预想的那样顺利，可能要推迟两年才能完成。该公司表示，建成后，这座新工厂将能提供具有竞争力的交货时间和成本的产品，因为更大的300mm晶圆生产的模拟芯片数量是150mm晶圆的两倍以上。选择Richardson的原因之一是：与其现有的RFAB十分靠近，有助于运营效率提升。目前的300mm晶圆厂RFAB于2009年开业，专注于汽车和工业市场。
大量150mm晶圆厂关闭
随着制程工艺的成熟与进步，以及市场需求的增加，越来越多的公司采用20nm以下的先进工艺设计、生产IC和器件，这使得越来越多的IDM和代工厂淘汰生产效率低下的晶圆厂。据IC Insights统计，在过去的10年中(2009-2018年)，全球半导体制造商总共关闭或重建了97座晶圆厂。其中，关闭了42座150mm晶圆厂和24座200mm晶圆厂，而关闭的300mm晶圆厂数量仅占关闭总数的10%。具体如下图所示。
而从地区来看，日本关闭的晶圆厂数量最多。以瑞萨为例，该公司最近关闭的两座晶圆厂都是150mm的，包括位于日本高知县的一家工厂，该工厂主要生产模拟、逻辑器件以及一些型号陈旧的微型元器件。此外，瑞萨还将位于日本滋贺县大津的工厂调整为生产光电器件。据悉，瑞萨预计将会在2020年或2021年再关闭两座150mm晶圆厂。IC Insights预计，随着建设新的晶圆厂和制造设备的成本飙升，未来将会有越来越多的IC公司专注于晶圆代工或Fabless模式，也将会有越来越多的低效率晶圆厂被关闭。德州仪器目前在9个国家有15座晶圆厂，当然，这些厂房中包括即将关闭的落后产能，以及新建的300mm产能。2019年4月，Diodes公司完成了对位于英国苏格兰Greenock的德州仪器150mm / 200mm晶圆厂（GFAB）的收购，这也是TI逐步摒弃落后产能策略的一部分。在关闭落后产能方面，行业内主要的模拟和模数混合芯片IDM厂商都有着普遍的共识，除了TI和瑞萨之外，另一家大厂ADI也计划在2021年关闭位于加利福尼亚州米尔皮塔斯的150mm晶圆厂。
提升利润率
在模拟芯片市场，像TI、ADI、Maxim这样的厂商，都有着高于行业平均水平的毛利率。以TI为例，在过去10年内，其利润和利润率保持上升态势，并在2018年创造了新高。按照TI的说法，创造高利润率与他们用12英寸晶圆厂生产模拟芯片、降低成本有关。数据显示，TI的模拟芯片在2018年的运营利润率高达46.7%，但嵌入式处理器的运营利润率仅为29.6%。
近些年，TI一直在稳步提升其300mm晶圆模拟芯片的产量，以削减成本并提高生产效率。TI表示，300mm晶圆厂的产量比竞争对手使用的200mm工艺生产的芯片便宜40％。此外，对于模拟用途，300mm晶圆厂的投资回报率可能更高，因为它可以使用20到30年。TI将很多逻辑和嵌入式IC生产外包给代工厂，但模拟芯片主要都是在其自家的工厂生产。该公司目前拥有两个300mm晶圆厂，分别名为RFAB和DMO56。截至2017年，其300mm模拟芯片产量占其整体模拟芯片产量的40％，而到了2018年，这一比例提升到了50％左右。考虑到5G，IoT、汽车和云计算等应用的成熟和大规模扩展，会推动相关模拟芯片需求的增长， 亿配芯城 因此，该公司有充分的理由进行300mm晶圆厂扩展，以保持并进一步提升其高利润率。
150mm晶圆市场依然可观
行业内大量的150mm晶圆厂被关闭，越来越多的300mm晶圆厂上马并逐步实现量产。那么，这是不是意味着150mm晶圆正在逐步退出历史舞台呢？答案是否定的，150mm晶圆依然有着巨大的市场空间。以上提到的陆续关闭的150mm晶圆厂，它们的制造工艺主要都是第一代基于硅的MOS技术，如BiCMOS、DMOS、金属栅CMOS，多晶硅栅CMOS，以及BiPolar等。这些都是半导体行业最为传统的工艺技术，生产的芯片也都是一些传统应用，如电源管理、照明、热管理和放大器等。这些芯片的性能指标相对不高，够用就可以，因此，它们的应用市场整体处于萎缩态势，其相应的150mm晶圆自然也就越来越缺乏市场动力。而在新工艺技术和应用的推动下，特别是对相应模拟芯片的性能指标提出更高要求的情况下，第二代和第三代化合物半导体的市场需求量越来越大，发展前景广阔。而这些模拟芯片通常都是采用150mm晶圆生产的。因此，化合物半导体市场对150mm晶圆的需求量依然旺盛，而且，总体来看，目前处于供不应求的状态。第二代化合物半导体方面，砷化镓（GaAs）是目前的主力军。近年来，LED推动了化合物半导体技术的进一步发展，而新的发展来自于两类光电子应用：用于数据网络的激光光源和波导技术，以及用于先进3D成像的激光二极管和光电探测器技术。与CMOS技术不同，GaAs需要一些特定类型的设备，如垂直腔表面发射激光器（VCSEL）在可能的情况下将使用单片式工艺。这与传统的一次性批量处理多片晶圆不同，这些三五族（III-V）材料技术最终将通过3D人脸识别等新兴应用进入更广泛的消费市场。而GaAs主要采用150mm、200mm晶圆，因为它不需要逻辑芯片那样高的集成度和先进制程，而相关模拟芯片又有很广阔的应用前景，特别是AR/VR和3D成像技术，给相应晶圆厂提供了很大的盈利空间。而在第三代化合物半导体方面，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）是典型代表，特别是SiC，在高功率应用领域越来越受到欢迎，而这些芯片也都是基于150mm晶圆的。当下，有越来越多的SiC功率MOSFET应用于电动汽车。以美国市场为例，未来10年，在美国上路的轻型客运车辆中，有15%都是电动汽车。随着越来越多的应用需要高压开关，SiC晶圆厂商科锐（Cree）越来越看好150mm晶圆的市场前景。其子公司Wolfspeed作为SiC功率MOSFET器件制造商，对该市场非常乐观，认为2023年SiC器件的可用市场总额将达到50亿美元。除了Cree之外，以英飞凌、意法半导体（ST）和罗姆为代表的IDM也都非常关注SiC和GaN市场的发展。今年1月中旬，意法半导体宣布与罗姆旗下公司SiCrystal签署一项SiC晶圆长期供应协议。协定规定，SiCrystal向意法半导体提供总价超过1.2亿美元的150mm碳化硅芯片，满足时下市场对SiC功率元件日益增长的需求。实际上，意法半导体一直在布局和扩大SiC业务。2019年初，该公司与Cree签署了多年供货协议，协议规定，Cree向意法半导体供应价值2.5亿美元的先进150mm碳化硅裸晶圆和外延晶圆。2019年底，意法半导体完成了对瑞典SiC晶圆制造商Norstel AB的整体收购，Norstel主要进行150mm碳化硅裸片和外延片的生产。在GaN方面，业内也有多家领导厂商在进行着研发，如我国化合物半导体的领先企业三安集成，正在拓展150mm硅基GaN晶圆代工业务。该公司运用于高压AC/DC和DC/AC电力电子领域的150mn硅基GaN代工服务已经面向全球市场开放。
结语
在以MOS为代表的传统工艺领域，150mm晶圆市场正在萎缩，300mm晶圆大量涌现，这已经成为不可阻挡的趋势。然而，在化合物半导体领域，随着技术的成熟和进步，特别是市场应用需求的带动，相应150mm晶圆市场愈加活跃，需求量巨大。因此，150mm晶圆市场冰火两重天的局面愈加突显。