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    晶圓廠擴產(chǎn)進行時:特色工藝被重視

    李靖恒2022-04-30 11:09

    經(jīng)濟觀察報 記者 李靖恒 自去年以來,半導(dǎo)體行業(yè)的“缺芯”問題受到了廣泛關(guān)注。作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié),晶圓制造制約著芯片的產(chǎn)能。近期,國內(nèi)幾家主要晶圓廠的年報也顯示出了對擴產(chǎn)的重視。

    國內(nèi)的晶圓廠主要包括中芯國際(688981.SH、00981.HK)、華虹半導(dǎo)體(01347.HK)、華潤微(688396.SH)等。其中,中芯國際和華虹半導(dǎo)體是主要做代工的晶圓廠。而華潤微是一家半導(dǎo)體垂直整合制造商(包括芯片的設(shè)計、制造和封裝),同時也擁有一部分晶圓代工業(yè)務(wù)。

    近日,華潤微董事會秘書辦人士告訴經(jīng)濟觀察報記者,去年該公司的晶圓代工收入占到了總營收的約一半,剩下的是自有產(chǎn)品業(yè)務(wù)。

    “作為全球最大的制造中心,現(xiàn)階段我國集成電路產(chǎn)品和技術(shù)仍需依賴進口。國內(nèi)現(xiàn)有集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模與實際集成電路需求仍不匹配,產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)企業(yè)依然存在較大的成長空間。”中芯國際在年報中表示。

    “經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,全球集成電路行業(yè)的頭部效應(yīng)較為明顯,已形成了少數(shù)企業(yè)占據(jù)市場主導(dǎo)地位的行業(yè)生態(tài)。伴隨市場需求、行業(yè)格局和技術(shù)路線的不斷更迭,集成電路產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了多次結(jié)構(gòu)性調(diào)整后,已由單一的垂直整合制造模式演變?yōu)榇怪闭吓c垂直分工模式并存的穩(wěn)定業(yè)態(tài)。在垂直分工模式中,集成電路制造企業(yè)主要指純晶圓代工企業(yè),為集成電路設(shè)計公司提供制造服務(wù)。”中芯國際稱。

    晶圓廠擴產(chǎn):產(chǎn)線、產(chǎn)品與制程

    上述華潤微人士告訴經(jīng)濟觀察報記者,截至去年年底,該公司6英寸晶圓的月產(chǎn)能是23萬片,8英寸晶圓月產(chǎn)能是13萬片。今年的8英寸晶圓預(yù)計擴產(chǎn)10%,12英寸的晶圓產(chǎn)線按計劃今年年底通線。

    目前,上海等地區(qū)的疫情對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的影響受到廣泛關(guān)注,因為國內(nèi)很多半導(dǎo)體廠商都位于長三角地帶。但該華潤微人士對記者表示,現(xiàn)在的疫情對華潤微的影響比較小,因為公司的生產(chǎn)基地在無錫和重慶,上海主要是做市場和研發(fā)。

    而中芯國際有一部分工廠位于上海,中芯國際4月27日在投資者互動平臺上表示:“今年以來公司在各地的工廠一直持續(xù)生產(chǎn)。4月中旬,公司在上海的個別工廠曾部分受到短期影響,但目前均已恢復(fù)正常生產(chǎn)。公司沒有出現(xiàn)停工停產(chǎn)現(xiàn)象。”

    根據(jù)中芯國際的年報,該公司2021年晶圓總產(chǎn)量約為675.5萬片(約合8英寸等效產(chǎn)能,比如一片12英寸晶圓相當于2.25片8英寸晶圓),同比增加19.3%。2022年初,上海臨港新廠破土動工;位于北京和深圳的兩個項目也在推進,預(yù)計年底前投入生產(chǎn)。

    中芯國際在今年2月公布的投資者關(guān)系活動記錄表中曾介紹,公司的擴產(chǎn)計劃包括老廠擴產(chǎn)和新建廠兩部分。其中,位于北京、上海、深圳的新建廠都是12英寸的廠。今年預(yù)期有50億美元的資本開支,用于購買新的土地、建設(shè)新的廠房。2021年實際產(chǎn)能增長超過預(yù)期,每月增長了10萬多片8英寸等效產(chǎn)能。2022年等效8英寸月產(chǎn)能增長預(yù)計在13萬片到15萬片之間。

    華虹半導(dǎo)體則在年報中介紹,該公司去年8英寸晶圓月產(chǎn)能為17.8萬片,與2020年持平;12英寸晶圓月產(chǎn)能為6萬片,同比增加200%。其中,華虹半導(dǎo)體的12英寸晶圓廠位于江蘇無錫,于2019年投產(chǎn)。“2022年,我們將繼續(xù)致力于華虹無錫12英寸生產(chǎn)線的產(chǎn)能擴充,力爭于今年年底將總產(chǎn)能釋放至超過9萬片/月”華虹半導(dǎo)體表示。“每一家代工廠都有自己特色專長的地方,往往某個品類相對較好。”華潤微人士告訴記者,晶圓廠不同的產(chǎn)線往往也對應(yīng)不同類型的下游產(chǎn)品,比如,華潤微在市場上比較有優(yōu)勢的是電源管理類的產(chǎn)品,代工60%以上都是電源管理芯片。

    而根據(jù)華虹半導(dǎo)體的年報,該公司的晶圓代工在嵌入式存儲、分立器件、邏輯與射頻平臺方面相對較多,分別占到了營業(yè)收入的28.2%、34.2%、16.7%。

    而中芯國際則把應(yīng)用分類主要分為智能手機、智能家居、消費電子以及其他類產(chǎn)品,分別占到了32.2%、12.8%、23.5%和31.5%。

    晶圓產(chǎn)線的另一個關(guān)鍵因素是制程。華潤微人士告訴記者,以前該公司的制程可以做到0.18微米,去年開始可以做到0.11微米。

    華虹半導(dǎo)體的制程在55納米及以上,整體在向相對更先進的制程變化。其中,55納米及65納米占營業(yè)收入的比例從2020年的0.7%上升到了2021年的9.7%,90納米及95納米則從10.4%上升到了17.2%。而其余微米級別制程的營收占比均有所下降。

    中芯國際的制程在0.35微米到14納米之間。一般來說,芯片28納米及以上被稱為成熟制程,以下被稱之為先進制程。而當制程線寬越來越小時,傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)很難應(yīng)對,這時需要引入FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)工藝。中芯國際來自FinFET和28納米工藝的收入占比從2020年的9.2%上升到了2021年的15.1%。

    “FinFET工藝極大地推動了面向低功耗、大算力的終端應(yīng)用市場的發(fā)展,鑒于其高資金投入、高技術(shù)壁壘的特點,目前全球具備FinFET量產(chǎn)能力的晶圓代工企業(yè)為數(shù)不多,產(chǎn)能需求強勁。”中芯國際表示。

    根據(jù)中芯國際的介紹,90納米到22納米用的設(shè)備基本型號是一樣的,在分配搭建產(chǎn)能的時候有一定的靈活性。現(xiàn)在主要的產(chǎn)能給了40納米和55納米,未來產(chǎn)能可以根據(jù)客戶產(chǎn)品的迭代需求調(diào)配。其中,40納米因過去行業(yè)沒有建設(shè)那么多產(chǎn)能,缺口還是比較大。

    不過,中芯國際也在年報表示:“自公司被美國列入實體清單以來,生產(chǎn)經(jīng)營面臨巨大挑戰(zhàn)”。2020年12月18日,中芯國際被美國商務(wù)部列入“實體清單”,對用于10納米及以下技術(shù)節(jié)點(包括極紫外光技術(shù))的產(chǎn)品或技術(shù),美國商務(wù)部會采取“推定拒絕”的審批政策進行審核。同時公司為部分特殊客戶提供代工服務(wù)也可能受到一定限制。

    “該事項對公司短期內(nèi)運營及財務(wù)狀況無重大不利影響,對10納米及以下先進工藝的研發(fā)及產(chǎn)能建設(shè)有重大不利影響。”中芯國際當時在相關(guān)公告中曾如此表示。

    特色工藝:另一條道路

    在工藝方面,除了追求制程之外,另一條技術(shù)路線則是發(fā)展特色工藝。

    中芯國際在年報中介紹,特色工藝聚焦于特殊功能的實現(xiàn),被認為是“摩爾定律”之外的重要發(fā)展分支(“摩爾定律”即通過不斷縮小制程線寬來提高芯片的集成度)。特色工藝產(chǎn)品類別廣泛,并能形成特色集群優(yōu)勢,擁有各自的市場定位和發(fā)展趨勢。比如,電源管理、高壓驅(qū)動、微控制單元、射頻、圖像傳感等細分領(lǐng)域。

    華潤微人士亦向記者介紹,該公司生產(chǎn)的功率半導(dǎo)體也是特色工藝的代表。與處理器芯片不同,功率半導(dǎo)體在制程方面不追求極致線寬,也不遵循“摩爾定律”,而專注于結(jié)構(gòu)和技術(shù)改進以及材料迭代。

    該人士認為,對于特色工藝產(chǎn)品,如果在制造過程中做一些定制化的設(shè)計,產(chǎn)品的性能就會有很大不一樣。相比單獨的設(shè)計廠商,華潤微有自己的晶圓廠,因此可以在工藝方面進行定制化。如果只是設(shè)計而制造交給其他代工廠的話,一般來說代工廠只愿意提供通用品,除非是非常大的客戶。

    據(jù)華潤微年報介紹,去年該公司功率器件事業(yè)群銷售收入同比增長35%,毛利率同比提高12個百分點,凈利潤增長約150%。其中,MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)產(chǎn)品銷售收入同比增長33%,IGBT(絕緣柵雙極型功率管)產(chǎn)品銷售收入同比增長57%。IGBT被廣泛用于光伏以及汽車電子領(lǐng)域。

    華潤微介紹稱,目前功率半導(dǎo)體市場規(guī)模在全球半導(dǎo)體行業(yè)的占比在8%-10%之間。功率半導(dǎo)體是電力電子裝置的必備,行業(yè)周期性波動較弱。近年來,功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多市場,行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢。

    華虹半導(dǎo)體也在年報中表示:“公司致力于先進特色工藝技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新”,包括嵌入式非易失性存儲器、功率器件、模擬及電源管理、邏輯及射頻等特色工藝。

    記者觀察到,上述三家公司都在年報中提及了BCD特色工藝平臺。華潤微人士向記者介紹,目前該公司生產(chǎn)電源管理芯片的就是BCD平臺,很多代工廠目前都在引入這種平臺。

    所謂BCD,是一種單片集成工藝技術(shù),能夠在同一芯片上制作Bipolar(雙極)、CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)和DMOS(雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)器件。其中,Bipolar工藝適合生產(chǎn)模擬功能器件,CMOS工藝適合生產(chǎn)數(shù)字功能電路,DMOS工藝適合生產(chǎn)功率器件。

    華虹半導(dǎo)體也年報中稱,2021年BCD工藝平臺的出貨量實現(xiàn)三位數(shù)的增長。

    中芯國際則在2021年導(dǎo)入了55納米BCD平臺。高壓顯示驅(qū)動平臺也是一種特色工藝,去年中芯國際的55納米及40納米高壓顯示驅(qū)動平臺進入風險量產(chǎn),0.15微米高壓顯示驅(qū)動平臺進入批量生產(chǎn)(芯片的投產(chǎn)包括小批量試產(chǎn)、風險量產(chǎn)、批量生產(chǎn)三個階段)。

     

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