8 寸晶圆厂供需趋紧:核心设备紧缺,而需求增多

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1990年IBM联合西门子建立第一个8寸晶圆厂之后,8寸晶圆厂迅速增加,1995 年即达到70座,在2007年达到顶峰——200座,随后8寸晶圆厂数目逐渐减少,从2008年到2016年,37座8寸晶圆厂关闭,同时有15座晶圆厂从8寸切换至12寸,到2016年全球8寸晶圆厂减少至180座左右。从SEMI的数据可以看出,全球8寸晶圆厂产能以极低速度增长,2015~2017年仅增长约7%。

根据SEMI和IC insight的数据,2017年全球晶圆产能为17.9 M / wpm(百万8寸片/月,下同),其中8寸片产能约为5.2 M / wpm,前十大8寸晶圆厂产能占8寸晶圆总产能的54%。

相比于12寸晶圆产线而言,8寸晶圆制造厂:1)拥有特种晶圆工艺;2)完全或大部分折旧的固定资产的固定成本较低;3)光罩及设计服务的相应成本较低;4)达到成本效益生产量要求较低等方面的优势,因此8寸晶圆和12寸晶圆能够实现优势互补、长期共存。

1 多因素驱动,8 寸晶圆厂供需趋紧

1.1供给端:核心设备的紧缺是8寸晶圆产能扩张的瓶颈

多数8寸晶圆厂建厂时间较早,运行时间长达十年以上,8寸晶圆厂的部分设备太老旧或者难以修复,同时由于当前12寸晶圆厂资本支出规模巨大,部分厂商停止了8寸晶圆的生产销售,8寸晶圆产线设备主要来自二手市场,多来自从8寸向12寸升级的内存厂商,如三星和海力士,目前旧设备市场资源逐渐枯竭,因此2014年后8寸晶圆设备较为紧缺,其中蚀刻机、光刻机、测量设备最难获得。

1.2需求端:新应用订单拉动8寸晶圆厂需求

8寸晶圆产能的主要需求来自模拟芯片、分立器件、MEMS和部分逻辑芯片。随着大量12寸先进晶圆产能的逐渐投产,部分微处理器、基带、DRAM及NAND的生产从8寸晶圆产线切换到了12寸晶圆产线,2006年33%的8寸晶圆产能应用于memory,而到2016年memory的产能需求占比3%,预计2018年将进一步降低至2%。当前8寸晶圆产能中约47%为Foundary,其余产能的需求主要来自模拟芯片、分立器件、逻辑芯片和MEMS,其中模拟芯片、分立器件和逻辑芯片(主要为MCU、指纹识别芯片、CMOS等)、MEMS等的产能需求占比已提升至50%。

下游:汽车电子及物联网中应用的芯片,包括先进辅助驾驶系统及感测器、车用电流控制IC、物联网MCU等在8寸晶圆厂中大量投产,使得2016年下半年开始8 寸晶圆厂的投片量快速提升。

根据SIA的数据,2017年除存储器外的半导体销售额增速为9%,而应用于汽车、工业领域的non-memory半导体月度销售额同比增速均在10%以上, 远远高于全球半导体销售额的整体增速,可见汽车和工业正在成为全球半导体高成长的下游应用领域。以汽车为例,随着电动化和智能化的提升, 单部汽车对半导体的需求正在逐步提升,比如单部电动车Tesla Mobel X中的半导体约需要一块8寸晶圆。根据strategy analytics的数据,单部汽车中半导体价值量从2016年的317美元提升至2017年的330美元,同比增速达4.1%。

具体来看应用于汽车和工业领域的半导体产品对晶圆的产能需求,根据IHS 的数据,2017年汽车和工业对晶圆的需求面积较2016年增长11.1%。

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图1:不同下游应用对晶圆需求面积 数据来源:IHS

2016年下半年开始至今,汽车需求拉动,MOSFET、IGBT等产品涨价不断:

MOSFET是一种可应用于模拟电路与数字电路的场效晶体管,在消费类电子、电动汽车以及IOT等领域均有广泛的应用。根据IHS的数据,2016年MOSFET 芯片市场规模为205 亿美元。2018Q2 意法半导体高/ 低压MOSFET前、后端产能均已满载,目前货期长达38~42周,较之前大大延长,并且有延长趋势。除了MOSFET、IGBT之外,整流管、数字/通用晶体管等产品整体交货期均有延长趋势。

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图2:2018Q2各大MOSFET原厂交货期普遍延长 数据来源:满天芯

上游:供应商竞争格局来看,目前应用于汽车领域的半导体主要由恩智浦、英飞凌、瑞萨半导体、意法半导体、德州仪器和博世等厂商供应,合计占比超过55%, 而值得注意的是,这几家厂商供应的半导体主要为non-memory,memory主要由镁光、海力士、cypress等传统存储器巨头供应,memory在汽车半导体中也有较高的占比,因此汽车半导体市场主要集中于恩智浦、英飞凌、瑞萨半导体、意法半导体、德州仪器等传统IDM厂。

恩智浦、英飞凌、意法半导体等传统专注于汽车电子的IDM厂主要为技术节点40nm以上的8寸和6寸晶圆产能,生产的模拟芯片、功率器件、传感器更注重工艺技术的独特性,无持续更新至先进技术节点的需求。同时在2008年全球金融危机和12 寸晶圆厂成为主流的背景下,各个IDM厂并未进行8寸晶圆的扩产,而随着汽车半导体的需求逐渐旺盛,产能利用率进一步提高之后IDM厂外包部分产品到8寸foudary 厂,最终出现了全球8寸晶圆厂(IDM和foundary)产能利用率上升乃至产能供不应求的结果。

1.3供需共振,8寸晶圆厂产能趋紧

供给方面,2007年以后全球8寸晶圆产能逐渐下降,在2011年以后保持稳定水平并小幅上升,8寸晶圆产能的主力——IDM厂并未进行大规模扩产。需求方面,1) 部分6寸晶圆产线关闭后产品转单,8寸晶圆产能需求增加,2)汽车、工业领域对半导体的需求逐步增长,应用于汽车、工业领域的半导体多为8寸厂产品,IDM产能不足之后转单部分产品至foundary厂,整体产能利用率提升。

2016年以前,8寸晶圆厂产能利用率的全球平均水平约为78~85%,近年来每年大概提升4%,2017年产能利用率创历史新高。

从2017年报披露数据来看,目前UMC 8寸晶圆产能约占总产能的一半,2016 年平均产能利用率为88.6%,而在2017年攀升至94.4%。华虹半导体是全球具有领先地位的8寸纯晶圆代工厂,虽然自2016年下半年公司持续扩产产能,但产能利用率仍持续保持高位,其他8寸晶圆厂产能利用率亦保持高位。根据产业链调研信息, 2018年年初华虹半导体、台积电等8寸晶圆厂产能仍处于供不应求状态。

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