2021年模擬IC市場(chǎng)達(dá)到了741億美元的歷史新高，強(qiáng)勁的需求和供應(yīng)鏈中斷導(dǎo)致去年模擬IC的平均銷售價(jià)格上漲了6%。IC insights預(yù)計(jì)，2022年模擬IC總銷售額將增長(zhǎng)12%至832億美元，單位出貨量將增長(zhǎng)11%至2387億。在模擬IC蓬勃發(fā)展的同時(shí)，模擬芯片廠商大刀闊斧的進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)投資，紛紛邁向了12英寸晶圓產(chǎn)線。模擬芯片的12英寸時(shí)代來(lái)臨。

模擬芯片大廠向12英寸晶圓廠邁進(jìn)

德州儀器最早進(jìn)入12英寸

德州儀器（TI）是模擬芯片領(lǐng)域絕對(duì)的龍頭，2020年其模擬IC銷售額為109億美元，占全球19%的市場(chǎng)份額。統(tǒng)計(jì)顯示，到2020年，TI 大約一半的模擬器件是在300mm（12英寸）晶圓上制造的。該公司此前曾表示，與使用200mm晶圓生產(chǎn)相比，在300mm晶圓上制造模擬 IC 將未封裝部件（在芯片級(jí)）的成本降低了 40%。據(jù) TI 稱，在300毫米晶圓上制造的完全封裝和測(cè)試的 IC 成本比在200毫米晶圓廠制造的 IC低約 20%。

2009年，德州儀器成為第一家在300mm設(shè)備上制造模擬設(shè)備的公司。彼時(shí)，德州儀器宣布以1.725億美元的價(jià)格從破產(chǎn)的DRAM制造商奇夢(mèng)達(dá)公司那里購(gòu)買了300mm的制造工具，并將其轉(zhuǎn)移到德克薩斯州現(xiàn)有的“RFAB”工廠中，開(kāi)始大規(guī)模制造模擬IC。2010年，德州儀器又從Cension Semiconductor Manufacturing手中收購(gòu)了兩家由Spansion在日本會(huì)津若松運(yùn)營(yíng)的晶圓廠，一座可用于200mm生產(chǎn)，另外一座則可同時(shí)兼顧200mm和300mm的生產(chǎn)。德州儀器還將其舊的DMOS 6晶圓廠過(guò)渡到300mm。

得益于300mm晶圓的產(chǎn)能提高，以及于專注于工業(yè)和汽車市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，德州儀器近年來(lái)的毛利率逐年升高。在看到了模擬芯片市場(chǎng)長(zhǎng)期的增長(zhǎng)趨勢(shì)后，德州儀器開(kāi)始大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)。

2022年2月，德州儀器宣布了未來(lái)幾年的資本支出計(jì)劃，到2025年，德州儀器每年將支出約 35 億美元用于芯片制造。德州儀器將新建4座工廠，主要在謝爾曼進(jìn)行，該公司計(jì)劃今年完成前兩家工廠的建設(shè)，預(yù)計(jì)2025年第一家工廠投產(chǎn)。第三和第四家工廠的建設(shè)將在 2026 年至 2030 年之間開(kāi)始。2021年7月，德州儀器還以9億美元收購(gòu)了美光科技位于猶他州Lehi的一座12英寸晶圓制造廠LFAB。該廠最初是美光科技計(jì)劃用其生產(chǎn)3D Xpoint存儲(chǔ)芯片，由于美光退出3D Xpoint業(yè)務(wù)，德州儀器計(jì)劃將其改造，用于制造65nm和45nm工藝的模擬和嵌入式芯片，預(yù)計(jì)將于2023年初開(kāi)始生產(chǎn)。

德州儀器表示，當(dāng)其完成其位于猶他州的Sherman、Richardson和 Lehigh制造廠以及馬來(lái)西亞的另一個(gè)制造廠時(shí)，該公司將擁有八家300mm晶圓廠。

英飛凌已有2家12英寸晶圓廠

英飛凌目前有2座300mm晶圓廠，一個(gè)在德國(guó)德累斯頓（Dresden），一個(gè)在奧地利菲拉赫（Villach）。其中菲拉赫的工廠經(jīng)過(guò)三年的籌備和建設(shè)，于2021年9月正式啟用，新工廠將使英飛凌能夠服務(wù)于電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心以及太陽(yáng)能和風(fēng)能中不斷增長(zhǎng)的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)，并將為英飛凌帶來(lái)每年約 20 億歐元的額外銷售潛力。

菲拉赫是英飛凌的功率半導(dǎo)體專業(yè)中心，長(zhǎng)期以來(lái)一直是英飛凌制造網(wǎng)絡(luò)中的重要?jiǎng)?chuàng)新基地。2013年，英飛凌在奧地利發(fā)布了菲拉赫CoolMOS系列的第一批產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在其德累斯頓工廠的300毫米生產(chǎn)線上生產(chǎn)。由于300mm具有更大的晶圓直徑，也帶來(lái)了顯著的生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)，并降低了資本支出。

英飛凌管理委員會(huì)成員兼首席運(yùn)營(yíng)官 Jochen Hanebeck 表示：“兩個(gè)300mm晶圓廠都基于相同的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和數(shù)字化概念。這使我們能夠控制兩個(gè)站點(diǎn)的制造操作，就好像它們是一個(gè)工廠一樣。我們提高了生產(chǎn)力并為我們的客戶創(chuàng)造了額外的靈活性。這是因?yàn)槲覀兛梢栽谡军c(diǎn)之間快速移動(dòng)不同產(chǎn)品的產(chǎn)量，從而更快地響應(yīng)他們的需求。憑借虛擬超級(jí)工廠，英飛凌在 300 毫米制造領(lǐng)域樹(shù)立了新標(biāo)桿。這使得進(jìn)一步提高資源和能源效率成為可能。”

ST/Tower的共享12英寸晶圓廠

意法半導(dǎo)體于2015年在其內(nèi)部300毫米晶圓廠生產(chǎn)模擬器件。ST的300mm晶圓廠Crolles，主要負(fù)責(zé)投產(chǎn)28納米傳統(tǒng)CMOS制程和28納米FD-SOI制程技術(shù)。

2019年ST謀劃在意大利Agrate 建造一座300毫米晶圓廠。2021年6月，ST和Tower Semiconductor宣布了一項(xiàng)協(xié)議，兩家將共用Agrate 的300mm晶圓廠。ST 將共享 R3 的潔凈室，Tower 將在總空間的三分之一處安裝自己的設(shè)備。該工廠預(yù)計(jì)將于今年晚些時(shí)候準(zhǔn)備好進(jìn)行設(shè)備安裝，并于 2022 年下半年開(kāi)始生產(chǎn)。在早期階段，用于智能電源的 130nm、90nm和65nm工藝、模擬混合信號(hào)和射頻工藝將在 R3 中獲得認(rèn)證。這些技術(shù)中的產(chǎn)品將主要用于汽車、工業(yè)和個(gè)人電子應(yīng)用。

安森美聚焦12英寸晶圓產(chǎn)能

安森美在East Fishkill有一家12英寸晶圓廠，2019年安森美又收購(gòu)了格芯位于紐約東菲什基爾的300 毫米晶圓廠Fab 10，但現(xiàn)在還不屬于安森美，2023年安森美才能獲得該工廠的全面運(yùn)營(yíng)控制權(quán)。所以安森美正在提高其East Fishkill的晶圓廠的產(chǎn)能。安森美表示，未來(lái)兩年將加大投資力度，由6%增加到12%，其中就包括用于擴(kuò)產(chǎn)300mm晶圓廠的產(chǎn)能。

去年，安森美改名，確立了公司的新戰(zhàn)略：智能電源和智能感知。由傳統(tǒng)IDM模式向更加靈活的Fab-Liter模式轉(zhuǎn)型，將采取更加靈活的制造路線和策略，逐漸拋棄6英寸晶圓廠，聚焦300mm晶圓產(chǎn)能，并將提高通用封裝后端廠的靈活性。

東芝新建12英寸晶圓廠

2022年2月4日東芝宣布，將在其位于日本石川縣的主要分立半導(dǎo)體生產(chǎn)基地—加賀東芝電子株式會(huì)社建造一座新的300mm晶圓制造工廠，以擴(kuò)大功率半導(dǎo)體產(chǎn)能。該晶圓制造工廠的建造將分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段生產(chǎn)計(jì)劃將于2024財(cái)年內(nèi)啟動(dòng)。當(dāng)?shù)谝浑A段產(chǎn)能滿負(fù)荷時(shí)，東芝的功率半導(dǎo)體產(chǎn)能將達(dá)到2021年度的2.5倍。

國(guó)內(nèi)模擬芯片和代工廠商乘勢(shì)追趕

不只是國(guó)外模擬芯片大廠，國(guó)內(nèi)這幾年在模擬芯片領(lǐng)域發(fā)展迅速，包括華潤(rùn)微、士蘭微、聞泰科技、格科微等在內(nèi)的模擬芯片廠商，華虹和粵芯半導(dǎo)體等的模擬芯片代工廠商，也已經(jīng)開(kāi)始紛紛謀劃建立12英寸晶圓線。

華潤(rùn)微建12英寸功率半導(dǎo)體晶圓廠

2021年6月，華潤(rùn)微發(fā)布于對(duì)外投資公告稱，華潤(rùn)微與大基金二期以及重慶西永設(shè)立設(shè)立潤(rùn)西微電子，由潤(rùn)西微公司投資建設(shè) 12英寸功率半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線項(xiàng)目，項(xiàng)目計(jì)劃投資 75.5 億元人民幣。其中，華微控股以自有資金出資 9.5 億元，出資完成后占項(xiàng)目公司注冊(cè)資本的 19%。

該項(xiàng)目建成后預(yù)計(jì)將形成月產(chǎn)3萬(wàn)片12英寸中高端功率半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)能力，并配套建設(shè) 12英寸外延及薄片工藝能力。據(jù)華潤(rùn)微透露，12英寸產(chǎn)線預(yù)計(jì)在2022年可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能貢獻(xiàn)，將主要用于自有功率器件產(chǎn)品的生產(chǎn)。

士蘭微12英寸線一期建成

士蘭微在廈門擁有兩條12英寸特色工藝芯片生產(chǎn)線。其中一條12英寸生產(chǎn)線總投資70億元，工藝線寬90nm，該生產(chǎn)線分兩期進(jìn)行，計(jì)劃月產(chǎn)8萬(wàn)片，2020年12月項(xiàng)目一期已投產(chǎn)；另一條12英寸生產(chǎn)線預(yù)計(jì)總投資100億元，將建設(shè)工藝線寬65nm至90nm的12英寸特色工藝芯片生產(chǎn)線。

2021年，士蘭微重要參股公司士蘭集科公司基本完成了12英寸線一期產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)，并在12英寸線上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)產(chǎn)品的量產(chǎn)，包括溝槽柵低壓MOS、溝槽分離柵SGT-MOS、高壓超結(jié)MOS、TRENCH肖特基、IGBT、高壓集成電路等。12月份，士蘭集科公司12英寸線月產(chǎn)芯片超過(guò)3.6萬(wàn)片，全年產(chǎn)出芯片超過(guò)20萬(wàn)片。

為搶抓市場(chǎng)機(jī)遇，2021 年士蘭集科公司已著手實(shí)施二期建設(shè)項(xiàng)目，即《新增年產(chǎn)24萬(wàn)片12 英寸高壓集成電路和功率器件芯片技術(shù)提升和擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目》。今后，隨著二期項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度加快，士蘭集科12英寸線工藝和產(chǎn)品平臺(tái)還將進(jìn)一步提升，公司將持續(xù)推動(dòng)滿足車規(guī)要求的功率芯片和電路在12英寸線上量。

聞泰科技建12英寸車規(guī)級(jí)晶圓產(chǎn)線

2021年1月4日，聞泰科技12英寸車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體晶圓制造中心項(xiàng)目開(kāi)工 。該項(xiàng)目該項(xiàng)目是中國(guó)第一座12英寸車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體自動(dòng)化晶圓制造中心，總投資120億元，預(yù)計(jì)年產(chǎn)晶圓片40萬(wàn)片，經(jīng)封裝、測(cè)試后的功率器件產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于汽車電子、計(jì)算和通信設(shè)備等領(lǐng)域，達(dá)產(chǎn)產(chǎn)值約每年33億元。

格科微轉(zhuǎn)向Fab-lite

2020年7月，圖像傳感器龍頭格科微擬在臨港新片區(qū)投資建設(shè)“12英寸CIS集成電路特色工藝研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，據(jù)介紹，該項(xiàng)目計(jì)劃建設(shè)一座12英寸月產(chǎn)6萬(wàn)片晶圓的CMOS圖像傳感芯片廠。2022年1月，據(jù)報(bào)道，格科微該項(xiàng)目已經(jīng)完成了設(shè)備安裝。

從Fabless轉(zhuǎn)向Fab-lite模式的好處有很多。首先是更具成本效益；再者，F(xiàn)ab-lite模式能更好的把控產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期也更可控；減少了對(duì)代工廠的依賴，不再受產(chǎn)能分配等待問(wèn)題；Fab-lite一般都是專注在更成熟或者更舊的節(jié)點(diǎn)，模擬芯片也一般是采用成熟的節(jié)點(diǎn)，而且模擬芯片產(chǎn)品具有很長(zhǎng)的生命周期，與先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)相比，需要更少的資金運(yùn)行；能更好的應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，比如此次汽車芯片短缺，低成本方法消除了內(nèi)部生產(chǎn)需求的短缺。

華虹無(wú)錫和粵芯半導(dǎo)體建立12英寸代工產(chǎn)線

華虹無(wú)錫的一期項(xiàng)目（華虹七廠）是聚焦特色工藝、覆蓋90~65/55納米工藝節(jié)點(diǎn)、規(guī)劃月產(chǎn)能4萬(wàn)片的12英寸（300mm）集成電路生產(chǎn)線，支持物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。華虹七廠于2019年正式落成并邁入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期，成為中國(guó)大陸領(lǐng)先的12英寸特色工藝生產(chǎn)線，也是全球第一條12英寸功率器件代工生產(chǎn)線。

粵芯半導(dǎo)體也在構(gòu)建12 英寸芯片生產(chǎn)平臺(tái)。粵芯半導(dǎo)體項(xiàng)目計(jì)劃分為三期進(jìn)行，計(jì)劃總投資約370億元。一期及二期新建廠房及配套設(shè)施占地14萬(wàn)平方米，一期主要技術(shù)節(jié)點(diǎn)為180-90nm制程，二期技術(shù)節(jié)點(diǎn)延伸至 90-55nm 制程，三期技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步延伸至55-40nm，22nm制程，實(shí)現(xiàn)模擬芯片制造規(guī)模效應(yīng)和質(zhì)量效益。三期建設(shè)全部完成投產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)近8萬(wàn)片12 英寸晶圓的高端模擬芯片制造產(chǎn)能規(guī)模，滿足大灣區(qū)制造業(yè)的功率分立器件、電源管理芯片、混合信號(hào)芯片、圖像傳感器、射頻芯片、微控制單元等芯片需求。

寫(xiě)在最后

對(duì)于單片成本僅幾美元的模擬芯片來(lái)說(shuō)，高毛利是模擬芯片廠商保持競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要因素。而邁向12英寸則是他們保障高毛利，盈利未來(lái)的方式之一。TI此前曾表示，12英寸晶圓擁有20到30年的活力。