近期，行業出現了一股熱潮，即越來越多的模擬芯片企業，特別是功率半導體廠商或業務部門，熱衷于興建12英寸晶圓產線。
本周，就有兩則相關消息很受關注。
3月10日，東芝宣布，計劃引進一條新的12英寸晶圓生產線。傳統上，該公司的功率半導體主要使用8英寸晶圓生產。而隨著采用12英寸晶圓生產模擬芯片成為全球趨勢，該公司似乎也在跟緊潮流。東芝表示，新廠建成后，可將功率半導體產能提高20%。
據悉，東芝引進12英寸晶圓生產線的主要目標是提高低壓MOSFET和IGBT的生產能力。根據規劃，新產線將于2023財年上半年投產，該公司表示，將根據市場趨勢，逐步確定后續投資計劃，并將繼續擴大日本工廠的分立器件，特別是功率半導體器件的生產。
同樣是在本周，歐洲大廠博世正在德國德累斯頓建設新的12英寸晶圓廠，投資額達到10億歐元。計劃今年下半年實現商用生產。其生產的產品主要是用于汽車的功率半導體，如用于電動和混合動力汽車的DC-DC轉換器等。
2月，汽車功率半導體龍頭企業英飛凌宣布，為了緩解全球車用芯片產能不足的困境，將在奧地利新建12英寸晶圓廠，專門用于生產車用芯片，預計將于今年第三季度動工。后續還計劃在德國也建一座與奧地利相同的新廠。
同樣的情況也發生在中國，在大陸地區，聞泰旗下的安世半導體，以及士蘭微電子這兩家企業，是車用芯片和功率半導體的龍頭企業，他們都于近幾個月在新建12英寸晶圓廠方面有大動作。
2020年12月，士蘭微電子位于廈門的12英寸芯片生產線正式投產。該公司規劃建設兩條以功率半導體、MEMS傳感器芯片為主要產品的12英寸特色工藝產線，本次投產的就是其中的一期項目。
近期，安世半導體宣布在上海臨港投資120億元新建一座12英寸晶圓廠，將于2022年開始運營，年產能大約是40萬片，主產功率半導體。
綜上可見，近一年時間內，全球半導體熱點地區的廠商，特別是模擬芯片IDM，都在新建以功率半導體為主要產品的12英寸晶圓廠，特別是從2020年底出現車用芯片荒之后，這樣的建廠動作指向性就顯得更加明確，即主攻以車用芯片為重點的功率半導體。
實際上，這這些廠商動作之前，全球排名前兩位的模擬芯片大廠德州儀器（TI）和ADI就已經開展了類似的建廠計劃，其中包括但不限于功率半導體。在逐步關閉老舊的6英寸、8英寸晶圓廠的同時，將興建12英寸新廠作為發展重點。
因此，全球8英寸功率半導體廠有向12英寸轉型之勢，再加上早就在向12英寸晶圓轉移的邏輯和存儲芯片，數字和模擬芯片向更高生產效率邁進的腳步愈加一致。
據SEMI統計和預測，2020年，全球用于12英寸晶圓廠的投資額有望同比增長13%，創造歷史新紀錄。而且，由于疫情影響，全球數字化轉型進程將加速，這樣，2021年在12英寸晶圓廠上的投資將再創新高，預計同比增長4%，之后的2022 年稍微放緩后，2023年將再創新高，達到700億美元的規模。
涉及到具體的芯片產品，12英寸晶圓廠最大資本支出依然會用在存儲芯片（DRAM和3D NAND）上，預計2020到2023年的實際和預測投資額每年都將以高個位數穩健增長，2024年幅度有望進一步擴大到10%。另外，用于邏輯芯片/MPU和MCU的投資在2021到2023年也將穩步提高。
特別值得關注的是功率器件，用在該類產品的投資增長幅度在2021年有望超過200%，而2022和2023年也將保持兩位數的增長率。這樣的增長勢頭與上文提到的各家廠商“扎堆”新建功率半導體12英寸晶圓廠的現象十分契合。
轉移的驅動力
以功率半導體為代表的模擬芯片產線，之所以從8英寸向12英寸晶圓轉移，主要原因有二：一是12英寸晶圓具有更高的生產效率和經濟效益；二是當下以車用芯片為代表的相關產能嚴重不足，促使向12英寸晶圓轉移。
經濟效益
晶圓尺寸越大，可利用效率越高。12英寸晶圓擁有較大的晶方使用面積，得以達到效率最佳化，相對于8英寸晶圓而言，12英寸的可使用面積超過兩倍。
由于晶圓尺寸越大，成本效率越高，特別是在當下行業對產能要求大量增加的情況下，12英寸晶圓的優勢越來越明顯，相關的轉型案例也越來越多。
對于傳統IDM來說，8英寸產線的投入產出比顯得越來越低，大規模運營這些產線的積極性已經不高了，除了保留一部分必需的8英寸產線外，像TI和ADI這樣的老牌兒模擬芯片巨頭，可以將越來越多的8英寸晶圓加工任務外包給晶圓代工廠，而它們自己主攻12英寸產線。
在模擬芯片市場，像TI、ADI、Maxim這樣的廠商，都有著高于行業平均水平的毛利率。以TI為例，在過去10年內，其利潤和利潤率保持上升態勢。按照TI的說法，創造高利潤率與他們用12英寸晶圓廠生產模擬芯片、降低成本有關。
近些年，TI一直在穩步提升其12英寸晶圓模擬芯片的產量，以削減成本并提高生產效率。TI表示，12英寸晶圓廠的產量比競爭對手使用的8英寸工藝生產的芯片便宜40％。此外，對于模擬用途，12英寸晶圓廠的投資回報率可能更高，因為它可以使用20到30年。
TI擁有兩個12英寸晶圓廠，2018年，其12英寸晶圓模擬芯片產量占其整體模擬芯片產量的50％左右。考慮到5G，IoT、汽車和云計算等應用的成熟和大規模擴展，會推動相關模擬芯片需求的增長，因此，該公司有充分的理由進行12英寸晶圓廠擴展，以保持并進一步提升其高利潤率。
產能不足
當下，芯片產能不足已成為全球性難題，尤以車用芯片為最，其中，功率半導體更是供不應求。
在過去很長一段時間內，功率半導體器件都是采用8英寸晶圓生產的。隨著市場對功率器件的需求不斷提升，而這也給了8英寸晶圓更多的商業機遇。
汽車和工業應用是功率器件增長的主要驅動力。據Gartner統計，在全球半導體市場中，工業應用和汽車電子的增速最快，而工業應用和汽車電子的應用增量主要來自于功率半導體。
據IC insights預計，在功率半導體年出貨量方面，2016~2021的年復合增長率為5.2%。受益于汽車和工業應用驅動，預計未來3年功率分立器件市場仍將保持5%左右的增速。
SEMI的數據顯示，功率分立器件約占8英寸晶圓應用的16%。由于8英寸晶圓設備短缺，全球8英寸晶圓產能增長率僅為1~2%， 低于功率半導體和功率分立器件的增速。因此，汽車電子和工業應用對功率半導體需求大于供給導致功率半導體漲價，而功率半導體對8英寸晶圓產能需求大于供給。這是各大廠商向12英寸晶圓轉移的一個重要原因。
8英寸產能緊張程度延續到了2021上半年，除非有廠商愿意從8英寸轉至12英寸晶圓生產，只有這樣才能在短時間內緩和8英寸產能的緊張情況。目前看來，以晶粒較大的指紋辨識IC和功率器件等產品轉到12英寸生產的可行性較高。
指紋辨識IC廠商神盾證實，該公司確實從一、兩年前就著手規劃從8英寸轉至12英寸晶圓生產，預計今年下半年流片，明年將會大量轉換。除了成本之外，產能是神盾此舉更重要的考量因素。
而在功率半導體方面，如前文所述，多家IDM企業都在新建12英寸晶圓廠。
功率半導體對晶圓的消耗量巨大，一般情況下，一片8英寸晶圓僅能切割70~80顆IGBT芯片。目前，電動車處于滲透率快速提升階段，汽車半導體用量需求的成長空間很大，這些將帶動硅晶圓產業進入長期、持續的供需緊張狀態。
例如在純電動車方面，一輛tesla model x汽車需要使用84顆IGBT，這樣算來，基本上一輛車就要消耗掉一片晶圓?；旌蟿恿ζ嚨墓β拾雽w用量相對較少，以寶馬i3為例，單輛汽車的功率半導體硅晶圓消耗量約為1/4片。
預計到2022年，全球電動車銷量有望突破1000萬輛，以平均每輛車消耗1/2片硅晶圓計算，對應功率半導體硅晶圓消耗量將達到500萬片左右。
近一年來，MOSFET、TVS、肖特基二極管等功率器件產品的交期普遍延長，行業呈現出明顯的供不應求態勢，這其中，來自汽車用的功率器件是重要組成部分。
與此同時，英飛凌等國際大廠均優先將產能分配給了毛利率較高的新產品，如汽車和工業用器件，退出了中低壓MOSFET，這就導致MOSFET供需缺口擴大。去年，英飛凌、意法半導體等大廠的MOSFET產能就被預訂一空，ODM/OEM及系統廠只能大舉轉單中國臺灣MOSFET廠，包括富鼎、大中、尼克森、杰力第三季接單全滿，漲價5%～10％后的產能已全數賣光。
一般情況下，MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期在8~12周左右，但現在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已延長到20~40周，而低壓MOSFET交期接近或超過40周，其中，汽車功率器件的貨期問題尤為顯著，IGBT的交期最高已經達到52周。
在這種狀況下，要提升產能，將8英寸產線轉為12英寸，以提升生產效率和芯片絕對數量，就成為了各大模擬芯片，特別是功率器件廠商的共同選擇。
結語
當下，美國、歐洲，以及中國大陸的功率半導體、車用芯片廠商，很多都在新建12英寸晶圓廠，而8英寸向12英寸晶圓產線轉移已經持續多年，當下的全球性芯片缺貨在很大程度上加速了這一趨勢轉換。這種情況下，今后兩年內，不知道是否能解決8英寸晶圓廠產能不足的問題，結果值得期待。