近来,随着 5G 的大力推广,5G 智慧型手机的渗透率提升,使得其中许多元件需求大幅提升。而 2020 年以来,因为Cv新冠疫情的冲击,使得宅经济兴起,包括笔电、平板的购买量也同时爆发,这使得以 8 吋晶圆厂为生产主力的功率元件、电源管理 IC、影像感测器、指纹辨识晶片和显示驱动 IC 等产品的供应更是吃紧,而这一切的问题就归咎到 8 吋晶圆产能不足所导致。而且,这情况还将延续到 2021 年以上,短期内难有疏解的机会。
至于,8 吋晶圆产能跟不上市场需求的成长,导致供需失衡的原因,日前也国外研究调查机构认为,其关键因素就在于一直以来 8 吋晶圆厂投资不足所造成。事实上,过去的几十年来,晶圆代工厂商一直在提升标準晶圆的尺寸,从 4 吋到 6 吋,再到 8 吋,以致到当前最新进的 12 吋。长期以来,人们一直认为 12 吋晶圆要优于 8 吋晶圆,因为更大的晶圆尺寸可以减少浪费,而且还可以提高晶圆代工厂的日产量。
也因为以上的认知,现阶段已经没有多少晶圆代工厂致力于 6 吋或更小尺寸的晶圆产能的发展。不过,许多晶圆代工厂仍在营运着 8 吋晶圆的的生产线,其中包括台积电、三星,以及许多二线代工厂,目前都提供这一节点的晶圆代工服务,如格罗方德、中芯国际、联电、高塔半导体,以及世界先进等厂商。而目前许多用于物联网 (IoT) 和 5G 的元件或晶片,还有部分模拟晶片、MEMS 晶片和 RF 解决方案等都继续採用 8 吋晶圆来生产。因此,8 吋晶圆厂目前虽不如 12 吋晶圆厂以先进製程来生产最尖端的 CPU、GPU、FPGA 等产品,但却是不可或缺的重要关键。
只是,依照过往的经验,8 吋的晶圆本应随着 12 吋晶圆的使用提升而逐渐减少,这预期在 2007 年至 2014 年期间也的确如此,但之后却出现了转变。原因是 8 吋晶圆的生产线非常成熟,且成本低,这使得许多原本 8 吋晶圆的客户,在迁移到更大的晶圆进行生产之后,发现并没有获得太多好处。尤其,当客户们希望使用成熟且低廉的技术来生产之际,会发现 8 吋晶圆的实用性优于 12 吋晶圆,这也是许多物联网感测器等产品会使用相对成熟节点的主要原因。
而在Cv新冠疫情大流行之前,许多代工厂的 8 吋晶圆厂产能利用率就已经很高,例如晶圆代工龙头台积电这样的大型代工厂,过去在新增 8 吋晶圆产能方面的速度缓慢,这就让 8 吋晶圆产能一直维持着吃紧的状态。不过,这并不代表着每个有 8 吋晶圆产线的代工厂的利用率都很高。因为在某些情况下,一家公司将一款新产品的设计生产转移到新的晶圆厂时,可能需要大量的时间和金钱。也就是说,如果一家公司在代工厂 A 所生产的产,品要转移代工厂 B 进行生产时,因为过程中必须要花费重新设计的成本与时间,其中又以重新设计光罩的花费最鉅,这使得相关产品的成本将会大幅提升,因此造成同是 8 吋晶圆代工厂,但是产能利用率缺会有差异的情况。
不过,8 吋晶圆厂产能利用率落差的状况在Cv新冠疫情大流行之后有了改变。因为宅经济的发酵,使得个人电脑及消费性电子产品的销量大爆发,这让各种晶片有了突破性的需求,这使得各8吋晶圆厂的产能持续呈现满载,以用来生产新的产品,这也就给供应链带来了压力。厂商指出,当前包括电源、CMOS 图像感测器、RF 射频等产品都供应吃紧。另外,随着 5G 终端设备与汽车电子未来的需求可望提升,则 Wi-Fi 和蓝牙晶片的需求未来也面临缺少的压力。另外,先前中国华为受到美国禁售令的制裁,在禁令生效前的大量市场採购,也使得市场面临供需失衡的情况。即使到现在,华为的竞争对手,如小米等也都仍在持续地加紧採购半导体产品,期望使自己的产品补足华为在禁令生效后于市场上所遗留缺口,这就使得相关晶圆代工厂也在尽力解决缺少产能的问题。
根据统计,预测到 2021 年全球将新增每月 22 万片的 8 吋晶圆产能投入生产,使得到时全球 8 吋晶圆的总产能将超过每月 640 万片。只是,这样的产能似乎还无法完全纾解目前市场上的产能压力。台积电董事长刘德音就曾经表示,2021 年半导体景气仍然非常乐观,使得台积电产能确实吃紧。但是,台积电未来仍儘量会用方法来帮助客户有更好成长。联发科董事长蔡明介也表示,据根供应商消息表示,2021 年上半年产能吃紧情况,目前估计还是不容易获得纾解。而产能吃紧原因,主要在于过去几年业界在成熟製程上的投资不够多,而先进製程投资金额又庞大所致。力积电董事长黄崇仁则是对产能解决状况看法更为保守,指出全球晶圆代工产能不足会持续到 2022 年之后,原因包括需求成长率大于产能成长率,且包括 5G 及人工智慧 (AI) 等应用将带动更多需求。就以上的产业高层的看法可得知,使使各家晶圆厂已经开始预作準备,弹药在 2021 年要解决 8 吋晶圆产能欠缺的情况仍不乐观。