Pahl表示，每年在這兩個(gè)150mm晶圓廠生產(chǎn)約15億美元的產(chǎn)品，很大一部分將轉(zhuǎn)移到300mm晶圓廠，從而提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。
該公司表示，Richardson新的300mm晶圓廠預(yù)計(jì)將在2021年底前完成廠房建設(shè)，之后會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的具體需求添加設(shè)備。
2019年4月，德州儀器發(fā)布了這座300mm晶圓廠的興建計(jì)劃，預(yù)計(jì)投資31 億美元。不過，鑒于2019年低迷的半導(dǎo)體市場(chǎng)，以及不甚理想的營收狀況，TI在Richardson 投資建設(shè)300mm晶圓廠計(jì)劃并不如當(dāng)初預(yù)想的那樣順利，可能要推遲兩年才能完成。
該公司表示，建成后，這座新工廠將能提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的交貨時(shí)間和成本的產(chǎn)品，因?yàn)楦蟮?00mm晶圓生產(chǎn)的模擬芯片數(shù)量是150mm晶圓的兩倍以上。選擇Richardson的原因之一是：與其現(xiàn)有的RFAB十分靠近，有助于運(yùn)營效率提升。目前的300mm晶圓廠RFAB于2009年開業(yè)，專注于汽車和工業(yè)市場(chǎng)。
大量150mm晶圓廠關(guān)閉
隨著制程工藝的成熟與進(jìn)步，以及市場(chǎng)需求的增加，越來越多的公司采用20nm以下的先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)IC和器件，這使得越來越多的IDM和代工廠淘汰生產(chǎn)效率低下的晶圓廠。
據(jù)IC Insights統(tǒng)計(jì)，在過去的10年中(2009-2018年)，全球半導(dǎo)體制造商總共關(guān)閉或重建了97座晶圓廠。其中，關(guān)閉了42座150mm晶圓廠和24座200mm晶圓廠，而關(guān)閉的300mm晶圓廠數(shù)量?jī)H占關(guān)閉總數(shù)的10%。具體如下圖所示。
而從地區(qū)來看，日本關(guān)閉的晶圓廠數(shù)量最多。以瑞薩為例，該公司最近關(guān)閉的兩座晶圓廠都是150mm的，包括位于日本高知縣的一家工廠，該工廠主要生產(chǎn)模擬、邏輯器件以及一些型號(hào)陳舊的微型元器件。此外，瑞薩還將位于日本滋賀縣大津的工廠調(diào)整為生產(chǎn)光電器件。據(jù)悉，瑞薩預(yù)計(jì)將會(huì)在2020年或2021年再關(guān)閉兩座150mm晶圓廠。
IC Insights預(yù)計(jì)，隨著建設(shè)新的晶圓廠和制造設(shè)備的成本飆升，未來將會(huì)有越來越多的IC公司專注于晶圓代工或Fabless模式，也將會(huì)有越來越多的低效率晶圓廠被關(guān)閉。
德州儀器目前在9個(gè)國家有15座晶圓廠，當(dāng)然，這些廠房中包括即將關(guān)閉的落后產(chǎn)能，以及新建的300mm產(chǎn)能。2019年4月，Diodes公司完成了對(duì)位于英國蘇格蘭Greenock的德州儀器150mm / 200mm晶圓廠(GFAB)的收購，這也是TI逐步摒棄落后產(chǎn)能策略的一部分。
在關(guān)閉落后產(chǎn)能方面，行業(yè)內(nèi)主要的模擬和模數(shù)混合芯片IDM廠商都有著普遍的共識(shí)，除了TI和瑞薩之外，另一家大廠ADI也計(jì)劃在2021年關(guān)閉位于加利福尼亞州米爾皮塔斯的150mm晶圓廠。
提升利潤(rùn)率
在模擬芯片市場(chǎng)，像TI、ADI、Maxim這樣的廠商，都有著高于行業(yè)平均水平的毛利率。以TI為例，在過去10年內(nèi)，其利潤(rùn)和利潤(rùn)率保持上升態(tài)勢(shì)，并在2018年創(chuàng)造了新高。按照TI的說法，創(chuàng)造高利潤(rùn)率與他們用12英寸晶圓廠生產(chǎn)模擬芯片、降低成本有關(guān)。數(shù)據(jù)顯示，TI的模擬芯片在2018年的運(yùn)營利潤(rùn)率高達(dá)46.7%，但嵌入式處理器的運(yùn)營利潤(rùn)率僅為29.6%。
近些年，TI一直在穩(wěn)步提升其300mm晶圓模擬芯片的產(chǎn)量，以削減成本并提高生產(chǎn)效率。TI表示，300mm晶圓廠的產(chǎn)量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用的200mm工藝生產(chǎn)的芯片便宜40%。此外，對(duì)于模擬用途，300mm晶圓廠的投資回報(bào)率可能更高，因?yàn)樗梢允褂?0到30年。
TI將很多邏輯和嵌入式IC生產(chǎn)外包給代工廠，但模擬芯片主要都是在其自家的工廠生產(chǎn)。該公司目前擁有兩個(gè)300mm晶圓廠，分別名為RFAB和DMO56。截至2017年，其300mm模擬芯片產(chǎn)量占其整體模擬芯片產(chǎn)量的40%，而到了2018年，這一比例提升到了50%左右�？紤]到5G，IoT、汽車和云計(jì)算等應(yīng)用的成熟和大規(guī)模擴(kuò)展，會(huì)推動(dòng)相關(guān)模擬芯片需求的增長(zhǎng)，因此，該公司有充分的理由進(jìn)行300mm晶圓廠擴(kuò)展，以保持并進(jìn)一步提升其高利潤(rùn)率。
150mm晶圓市場(chǎng)依然可觀
行業(yè)內(nèi)大量的150mm晶圓廠被關(guān)閉，越來越多的300mm晶圓廠上馬并逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。那么，這是不是意味著150mm晶圓正在逐步退出歷史舞臺(tái)呢?答案是否定的，150mm晶圓依然有著巨大的市場(chǎng)空間。
以上提到的陸續(xù)關(guān)閉的150mm晶圓廠，它們的制造工藝主要都是第一代基于硅的MOS技術(shù)，如BiCMOS、DMOS、金屬柵CMOS，多晶硅柵CMOS，以及BiPolar等。這些都是半導(dǎo)體行業(yè)最為傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，生產(chǎn)的芯片也都是一些傳統(tǒng)應(yīng)用，如電源管理、照明、熱管理和放大器等。這些芯片的性能指標(biāo)相對(duì)不高，夠用就可以，因此，它們的應(yīng)用市場(chǎng)整體處于萎縮態(tài)勢(shì)，其相應(yīng)的150mm晶圓自然也就越來越缺乏市場(chǎng)動(dòng)力。
而在新工藝技術(shù)和應(yīng)用的推動(dòng)下，特別是對(duì)相應(yīng)模擬芯片的性能指標(biāo)提出更高要求的情況下，第二代和第三代化合物半導(dǎo)體的市場(chǎng)需求量越來越大，發(fā)展前景廣闊。而這些模擬芯片通常都是采用150mm晶圓生產(chǎn)的。因此，化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)對(duì)150mm晶圓的需求量依然旺盛，而且，總體來看，目前處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。
第二代化合物半導(dǎo)體方面，砷化鎵(GaAs)是目前的主力軍。近年來，LED推動(dòng)了化合物半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而新的發(fā)展來自于兩類光電子應(yīng)用：用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的激光光源和波導(dǎo)技術(shù)，以及用于先進(jìn)3D成像的激光二極管和光電探測(cè)器技術(shù)。
與CMOS技術(shù)不同，GaAs需要一些特定類型的設(shè)備，如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)在可能的情況下將使用單片式工藝。這與傳統(tǒng)的一次性批量處理多片晶圓不同，這些三五族(III-V)材料技術(shù)最終將通過3D人臉識(shí)別等新興應(yīng)用進(jìn)入更廣泛的消費(fèi)市場(chǎng)。而GaAs主要采用150mm、200mm晶圓，因?yàn)樗恍枰壿嬓酒菢痈叩募啥群拖冗M(jìn)制程，而相關(guān)模擬芯片又有很廣闊的應(yīng)用前景，特別是AR/VR和3D成像技術(shù)，給相應(yīng)晶圓廠提供了很大的盈利空間。
而在第三代化合物半導(dǎo)體方面，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)是典型代表，特別是SiC，在高功率應(yīng)用領(lǐng)域越來越受到歡迎，而這些芯片也都是基于150mm晶圓的。
當(dāng)下，有越來越多的SiC功率MOSFET應(yīng)用于電動(dòng)汽車。以美國市場(chǎng)為例，未來10年，在美國上路的輕型客運(yùn)車輛中，有15%都是電動(dòng)汽車。隨著越來越多的應(yīng)用需要高壓開關(guān)，SiC晶圓廠商科銳(Cree)越來越看好150mm晶圓的市場(chǎng)前景。其子公司W(wǎng)olfspeed作為SiC功率MOSFET器件制造商，對(duì)該市場(chǎng)非常樂觀，認(rèn)為2023年SiC器件的可用市場(chǎng)總額將達(dá)到50億美元。
除了Cree之外，以英飛凌、意法半導(dǎo)體(STM.US)和羅姆為代表的IDM也都非常關(guān)注SiC和GaN市場(chǎng)的發(fā)展。今年1月中旬，意法半導(dǎo)體宣布與羅姆旗下公司SiCrystal簽署一項(xiàng)SiC晶圓長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議。協(xié)定規(guī)定，SiCrystal向意法半導(dǎo)體提供總價(jià)超過1.2億美元的150mm碳化硅芯片，滿足時(shí)下市場(chǎng)對(duì)SiC功率元件日益增長(zhǎng)的需求。
實(shí)際上，意法半導(dǎo)體一直在布局和擴(kuò)大SiC業(yè)務(wù)。2019年初，該公司與Cree簽署了多年供貨協(xié)議，協(xié)議規(guī)定，Cree向意法半導(dǎo)體供應(yīng)價(jià)值2.5億美元的先進(jìn)150mm碳化硅裸晶圓和外延晶圓。
2019年底，意法半導(dǎo)體完成了對(duì)瑞典SiC晶圓制造商N(yùn)orstel AB的整體收購，Norstel主要進(jìn)行150mm碳化硅裸片和外延片的生產(chǎn)。
在GaN方面，業(yè)內(nèi)也有多家領(lǐng)導(dǎo)廠商在進(jìn)行著研發(fā)，如我國化合物半導(dǎo)體的領(lǐng)先企業(yè)三安集成，正在拓展150mm硅基GaN晶圓代工業(yè)務(wù)。該公司運(yùn)用于高壓AC/DC和DC/AC電力電子領(lǐng)域的150mn硅基GaN代工服務(wù)已經(jīng)面向全球市場(chǎng)開放。
結(jié)語
在以MOS為代表的傳統(tǒng)工藝領(lǐng)域，150mm晶圓市場(chǎng)正在萎縮，300mm晶圓大量涌現(xiàn)，這已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢(shì)。然而，在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，隨著技術(shù)的成熟和進(jìn)步，特別是市場(chǎng)應(yīng)用需求的帶動(dòng)，相應(yīng)150mm晶圓市場(chǎng)愈加活躍，需求量巨大。因此，150mm晶圓市場(chǎng)冰火兩重天的局面愈加突顯。
