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來源: 愛集微 作者:李曉延 以先進工藝傲視業界的臺積電也愈發重視特色工藝了。在2022臺積電技術論壇上，臺積電闡述了先進工藝和成熟工藝同等重要的觀點，而特色工藝（臺積電稱特殊制程）就是其發展成熟工藝的重要抓手，4年前營收占據成熟工藝的45%，去年更是躍升至60%，今年這個數字還有望繼續提高。 實際上，發展特色工藝已經為業界所達成的共識。當電子產品的半導體含量不斷增加的時候，能憑借技術多樣性實現差異化的特色工藝更加受到歡迎。因為其可以不完全靠工藝尺寸縮小而來提升性能，因此資本密集度較低，產品周期較長，一直是眾多晶圓代工廠的發展重點。 不過，隨著臺積電等頭部晶圓代工廠開始認識到特色工藝的重要性而加大投入之時，這個領域的競爭壓力也將陡然而增。 01 三類玩家共參與 特色工藝并沒有統一的定義，通常所指包含eNVM、BiCMOS、RFCMOS、BCD、MEMS，乃至SOI等多種工藝，廣泛應用于射頻、MCU、CIS、電源管理芯片及顯示器等領域。 源自成熟工藝，研發投入相對較少，并且與應用場景密切相關，特色工藝的產品種類龐雜，多種工藝平臺共存，更能體現晶圓代工廠和IDM的差異化優勢。 全球從事特色工藝的玩家眾多，大體可劃分為三類：一是從事模擬、MCU、功率半導體的IDM，二是以特色工藝為主的晶圓代工廠，三是主攻先進工藝也兼顧特色工藝的晶圓代工廠。 模擬芯片、功率器件與特色工藝結合最為緊密，TI、ADI、ST、英飛凌等國際IDM大廠因具有非常完備的工藝平臺，在BiCMOS、RFCMOS、BCD工藝上有很深的積累，所以牢牢占據高端市場。 在專注特色工藝的晶圓代工廠中，聯電是一個最典型的范例。從2018年宣布不跟進先進工藝開始，聯電就開始深耕特色工藝，在行業發展紅利加持之下，業績一路水漲船高。截止今年第一季時，特色工藝的產品已為聯電貢獻了一半以上的營收。 與聯電走相同路徑的還有格芯。在放棄7nm項目之后，格芯也將研發資源投入到SOI、FDX、SiGe、SiPh（硅光子）等特色工藝平臺上，并逐步打下了根基。 大陸地區排名第二的晶圓代工廠華虹半導體也專攻特色工藝，擁有功率分立器件、嵌入式非易失性存儲器、模擬與電源管理、邏輯與射頻、獨立非易失性存儲器五大代工平臺，并在2018年建成了全球第一條12英寸功率器件代工生產線。 來自于以色列的高塔半導體（Tower Semiconductor）也是特色代工領域的實力選手，擅長模擬和射頻芯片的代工，全球主要的射頻廠商如Skyworks、Qorvo、Broadcom等都在其投片。不過，為了拓展代工業務版圖，Intel已經用54億美元將其收之麾下。 除此之外，根據集邦咨詢發布的最新全球晶圓代工企業TOP10榜單，位列其中的力積電、世界先進和晶合集成也都以特色工藝代工為主。 最后則是主攻先進工藝的晶圓代工廠，包括臺積電、三星和中芯國際，也均涉足了特色工藝的代工業務。 貴為晶圓代工業的王者，臺積電在特色工藝領域一樣做得風生水起，因為其常將先進工藝開發經驗導入特色工藝中。比如，2018年，臺積電利用28nm RF（28HPC+射頻）技術，交付產業界首個射頻工藝設計套件（PDK）。2019 年，臺積電開發了28nm嵌入式技術，用于汽車電子MCU。在PMIC生產中，臺積電也率先在BCD工藝使用12英寸晶圓。 為因應市場需求的增加，臺積電還在持續投資特色工藝，從2016到2021年投資金額的年復合成長率超過40%。 三星在CIS以及OLED／LED驅動IC代工方面有著不錯的成績，2021年年報中也披露將擴大成熟工藝晶圓代工布局，主要是提升CIS所需的特色工藝產能。 中芯國際同樣在不斷強化特色工藝水平，根據其2021年年報，55nm BCD平臺進入產品導入，55及40nm高壓顯示驅動平臺進入風險量產，0.15μm高壓顯示驅動進入批量生產。多種特色工藝平臺研發也在穩步進行中，將按照既定研發節奏陸續交付。 由于特色工藝玩家眾多，給人以門檻很低的感覺，但以賽亞調研認為不能一概而論。 “特色工藝應用相當廣泛，因產品的規格會有不同的高低門檻。以MCU來說，產品規格可分為32位、8位，前者擁有更復雜的計算能力，技術門檻較高，多留在IDM設計制造；而低技術門檻的8位MCU就有可能外包給晶圓廠，因為技術門檻要求低，通常競爭也會相對激烈�！币再悂喺{研告訴集微網。 沒有絕對的技術路線標準，不意味著技術水平不高，反而要求廠商有更深的積累，這也是業內領先者很難被超越的原因。 02 兩條暗藏競爭線 特色工藝也是IDM與晶圓代工競爭最為激烈的戰場，因為模擬、功率器件廠商可以憑借自身的積累保持高端產品的強大競爭力。 按照IDM本身的特點，其優勢在于設計、制造等環節可以協同優化，有條件率先實驗并推行新的技術，非常契合模擬、功率器件等需要反復調校的產品。這也是模擬芯片巨頭排名多年都非常穩固的原因之一。 不過，這也不能說明兩者的差距永恒不變。以制造PMIC主流的BCD工藝為例，該工藝為ST公司所首創，現在其量產的工藝水平為90nm，而主要晶圓代工廠也基本達到了這一水平。 對此，以賽亞調研認為，晶圓代工廠的競爭優勢在于有多家芯片設計公司的產品，大量訂單可以協助推升制程技術，良率也可以逐步透過訂單提升，而IDM通常僅生產自家產品，較難有多樣化的產品加速制程良率推動。 PMIC是市場中的熱門產品，全球有很多家芯片設計公司在進行研發，這就使得晶圓代工廠有機會進行工藝的快速迭代，從而能跟上IDM的節奏。 愛集微咨詢高級分析師陳翔據此認為，在不同的工藝或制程中晶圓代工廠和IDM的優劣勢都是共通的，IDM對公司要求更高，產品需要多方位擴展來應對市場波動，Foundry+Fabless的模式則適合產品相對集中的設計公司。 實際上，當代的IDM早不是以前的純粹IDM了，TI等模擬巨頭也有部分產品是外包生產的，可以被認為是輕代工的Fablite模式。這種模式會使得工藝資源不斷流向晶圓代工廠，逐漸縮小兩者之間的工藝差距。 當特色工藝也變成晶圓代工廠的游戲時，對工藝線寬的追逐將會成為競爭的焦點。 對于晶圓代工廠商，能否在更低線寬做出同等性能的元器件，決定了廠商的工藝能力。雖然特色工藝不追求線寬，但線寬越低，就越能控制批量生產成本。比如，臺積電的特色工藝主要來自于成熟工藝產能轉型量產，如果隨著3nm量產成功，7nm有望逐步納入成熟工藝范疇，特色工藝就會順勢走向更先進的節點。 以賽亞調研表示，特色工藝的產品應用一直在做制程迭代，像BCD從8英寸一路驗證到12英寸65~90nm，HV(High Voltage)從55/65nm到22/28nm、CIS也從40/45nm、55/65nm跨轉到22/28nm，不斷應對客戶的規格調整。隨著未來5G、AI、物聯網等發展，上述工藝也會逐漸走向更先進的制程，以增強效能表現。 TrendForce調查也指出，2021~2024年全球晶圓代工產能年復合成長率達11%，其中28nm產能在2024年將達到2022年的1.3倍，是成熟制程擴產最積極的制程節點，預期有更多特色工藝應用轉進28nm。 以HV工藝為例，其主要用來生產顯示驅動IC，主流包括以8英寸0.18~0.11um的大／小尺寸驅動IC，12英寸65 / 55nm的TDDI、40 / 28nm的智能手機AMOLED驅動IC。隨著手機導入AMOLED滲透率仍穩定提升，預測中長期手機AMOLED驅動IC具成長動能，三星、臺積電、聯電、中芯國際皆有發展28nm HV規劃。 03 砍單難阻擴產潮 由于成熟工藝產能曾嚴重短缺，各大晶圓廠都開啟了擴產計劃。在一切都按部就班之時，芯片砍單潮卻不期而至。 由于多種因素的疊加，消費電子的市場需求大幅縮減。據Gartner報告顯示，預計2022年全球智能手機銷量將下降7.1%，而全球PC出貨量將下降9.5%。低迷的行情使得前期開足馬力的芯片公司不得不砍單自保。 這波砍單潮從驅動IC開始，逐漸波及到PMIC、CIS以及部分MCU，8英寸和12英寸晶圓都有涉及，晶圓代工廠的產能利用了隨之出現松動，制程包含0.1Xum、90／55nm、40／28nm，甚至7／6nm等先進制程也難以幸免。 根據TrendForce集邦咨詢研究，產能利用率的下滑依然會延續至下半年。盡管仍有來自服務器、車用、工控等PMIC、功率器件的需求支撐，仍難以完全彌補驅動IC及消費型PMIC、CIS的砍單缺口，導致部分8英寸廠產能利用率開始下滑。 TrendForce集邦咨詢預估，下半年整體8英寸廠產能利用率將大致落在90~95%，其中部分以制造消費型應用占比較高的晶圓廠，可能須面臨90%的產能保衛戰。 相對而言，12英寸成熟工藝所面臨的情況則要好一些。12英寸產品更為多元，且生產周期普遍需要至少一個季度，加上部分產品規格升級、制程轉進等趨勢未因短期的總體經濟波動而停歇，因此整體來說產能利用率尚能維持在95%上下的高稼動水位。 產能利用率下滑是否會影響特色工藝的擴產計劃？陳翔不這樣認為，“砍單是應對市場和去庫存的舉動，對于某一制程的發展影響并不大。” 以賽亞調研也持相近的觀點，“整體來看，短期晶圓廠的擴產需求會因為消費性電子市場疲弱而趨緩，但中長期的需求仍在，擴產計劃仍會持續進行。 不過，以賽亞調研也指出，目前晶圓廠建廠成本是去年的兩倍，設備成本也逐步增加，以一家二線晶圓大廠新建一座22/28nm約35~40K/m產能的廠為例，建置成本約為50-60億美元，單就建廠成本的數字對于大部分晶圓廠來說是可負擔的，只是研發成本與技術的要求是否能達到，會是各家晶圓廠考慮是否持續推進制程的因素。 從目前的情況來看，各大晶圓廠還是在推進新線的建設計劃。而且，就在8月26日，中芯國際發布公告稱，擬投資75億美元在天津建設12英寸晶圓代工生產線，規劃建設產能為10萬片/月，可提供28nm至180nm不同技術節點的晶圓代工與技術服務。 在先進工藝越來越曲高和寡的同時，特色工藝正成為晶圓代工行業的新發動機。 |
