晶圓代工(Foundry)即半導體代工或晶圓制造,是半導體產業鏈中的一種商業模式,指的是專門從事IC制造而不涉及設計環節的企業。在這一模式下,無廠半導體公司(Fabless)可以專注于芯片設計,而將復雜的制造過程外包給專業的晶圓代工廠,這不僅大大降低了進入半導體行業的門檻,也促進了整個行業的發展和創新。
晶圓代工的制造流程是一系列復雜且精密的步驟,經歷光刻、蝕刻、沉積、離子注入、金屬化和化學機器研磨等,每個步驟都需要極高的精確度和控制力,以確保最終產品的性能和可靠性。
近年來,隨著半導體行業的迅猛發展,全球晶圓代工產能呈現出穩健增長的趨勢,與此同時,AI、HPC、IoT等新興技術領域的快速崛起,對芯片的性能及生產能力提出了新的要求,進一步促進了晶圓制造工藝的技術革新與生產能力擴張。當前,以8英寸晶圓當量計算,全球晶圓代工總產能已達到1015萬片/月,相較于2023年的水平實現了5.4%的增長;預計至2026年,該數字將突破1230萬片/月,期間年均復合增長率約為7.8%。
聚焦于中國市場,2022年中國大陸在全球晶圓代工產能中的份額超過了72%,處于這一領域內的絕對領先地位,月度產能超過750萬片。據預測,到2026年時,中國大陸地區的晶圓代工月產能有望超越400萬片,占全球總量的比例將達到34.4%,期間預計實現年均復合增長率高達13.4%,成為世界上增速最快的區域之一。值得注意的是,中國臺灣地區代工產能始終保持全球領先,但由于臺積電調整了其投資建廠的戰略方向,導致該地區在全球市場上的份額呈現逐年遞減的趨勢。
總體來看,我國大陸晶圓代工行業雖然起步較晚,但在國家政策的支持下,隨著國內經濟的發展和科學技術水平的提高,以及終端應用市場規模的擴大,國內芯片設計公司對晶圓代工服務的需求日益提升,中國大陸晶圓代工行業實現了快速的發展。
一、晶圓代工細分市場
目前,全球主流的晶圓尺寸有8英寸和12英寸,隨著晶圓尺寸的增大,單個晶圓上可以容納的芯片數量增多,從而提高生產效率,降低芯片的制造成本。
1、8英寸晶圓代工市場
當前,在中國乃至全球半導體市場中,8英寸晶圓依然是眾多成熟工藝節點的首選尺寸。盡管相較于12英寸晶圓而言,其單位面積成本較高,但由于生產設備已經折舊完畢、工藝技術成熟穩定等因素,使得8英寸生產線在特定產品類別上仍保持較高的成本效益,例如MEMS傳感器,射頻前端模塊等。據統計,中國目前運營中的8英寸晶圓生產線超過50條。
從技術角度來看,8英寸晶圓主要支持的工藝節點范圍為0.13-90nm,廣泛應用于指紋識別芯片、MCU、PMIC、顯示驅動、MOSFET、IGBT等領域。據行業分析顯示,8英寸晶圓代工服務占整個晶圓代工市場份額約25%,且市場規模呈現穩步增長趨勢,至2022年已達192.75億元。
此外,隨著存儲計算、邊緣計算及物聯網等新興應用領域的快速發展,對于NOR Flash、指紋識別芯片、電源芯片的需求日益增加,進一步推動了對8英寸晶圓的需求。同時,近年來新能源汽車產業的蓬勃發展也極大地促進了MOSFET和IGBT等功率半導體器件的需求增長。受下游多領域強勁需求的驅動,8英寸晶圓代工產能正處于積極擴增階段,以滿足不斷增長的市場需求。
2、12英寸晶圓代工市場
隨著半導體制造技術的不斷進步,12英寸晶圓已成為當今高性能微處理器及其他高端集成電路生產的核心材料。相較于8英寸晶圓,更大的直徑意味著每片晶圓能夠切割出更多的芯片單元,從而顯著降低單顆芯片的成本。目前,中國正在積極擴大12英寸晶圓產能,通過引進國際領先技術和自主研發相結合的方式,加速縮小與全球頂尖水平之間的差距。預計至2025年左右,國內12英寸晶圓月產能將突破百萬片。
12英寸先進制程以20nm為節點,20nm以下主要應用于手機處理器和高性能計算機等對計算要求較高的領域為主,這些領域對計算性能有著極高的要求,而20nm-32nm則主要應用于FPGA、ASIC、存儲等領域。
根據國際半導體產業協會(SEMI)發布的數據,自2011年起,在各類尺寸晶圓中,12英寸晶圓的總出貨量市場份額已超過50%,并且自2014年以來一直穩定維持在60%以上。伴隨著計算機科學、通信技術等高精尖行業的快速發展,12英寸晶圓代工市場迎來了快速增長期。據最新統計顯示,2022年該市場規模達到了約505.78億元人民幣,這一趨勢不僅反映了市場需求的增長,同時也彰顯了12英寸晶圓作為支撐現代信息技術發展基石的重要性。
3、其他晶圓代工市場
除了主流的8英寸和12英寸晶圓之外,市場上還存在少量使用4英寸或6英寸甚至更小尺寸晶圓進行生產的特殊應用場景,這類小型化產品通常針對對性能要求相對較低但對體積有嚴格限制的便攜式設備或其他利基市場。然而,隨著技術迭代加速,這些非標準尺寸晶圓的市場份額正逐漸被更大尺寸的晶圓所取代。
值得注意的是,隨著4英寸晶圓生產線逐步被淘汰,小于6英寸的晶圓市場份額持續縮減,目前約占整個市場的15%左右,6英寸晶圓主要應用于SiC、GaN、MOSFET、IGBT等領域。據2022年統計數據,6英寸晶圓相關行業的市場規模達到了72.47億元。
二、寫在最后
在全球范圍內,中國晶圓代工企業在面臨來自美國、韓國等地強勁競爭對手的同時,也在努力提升自身實力以爭取更多市場份額,特別是在中美貿易摩擦加劇背景下,加快實現關鍵核心技術自主可控成為中國半導體行業發展的重要目標之一。為此,中國政府出臺了一系列政策措施鼓勵本土企業加大研發投入力度,并通過設立專項基金等形式給予資金支持,與此同時,加強國際合作交流也是促進中國晶圓代工業健康發展不可或缺的一環。
總之,隨著全球經濟一體化趨勢加深以及信息技術日新月異的變化,中國晶圓代工產業正處于快速發展階段。未來幾年內,隨著5G通信、人工智能等新興領域的蓬勃發展,相信該行業將迎來更加廣闊的發展空間。