模拟芯片巨头的晶圆厂进退之道

作者:蒋思莹,谢谢。

据外媒消息显示,安森美半导体正在研究出售其在日本新泻的制造工厂。据了解,安森美出售日本新泻工厂是公司“优化和加强对电力电子,模拟电子和传感器的关注”计划的一部分。

纵观整个模拟领域,这个领域中的巨头们多是以IDM模式进行运营,晶圆厂对于他们来说无疑是未来规划当中重要的一部分。尤其是在传统市场与新兴市场的双重影响下,满足市场对模拟芯片的供给需求是这些厂商必须要考虑的问题。基于此,很多模拟厂商在经过成本和效益的权衡后,开始对其旗下的晶圆厂进行了大量的调整。

在这些模拟厂商买卖晶圆厂,甚至是建厂、关厂的背后,又暗藏着哪些玄机?

150mm晶圆厂成为“历史”

TI和ADI作为模拟领域数一数二的企业代表,他们在该领域不仅占据着多数市场份额,也同样在利润方面占据着优势。而这些企业利润方面的优势,则是其对晶圆厂发展的把控。可以说,他们对晶圆厂的规划和发展,是成就其王者地位的重要基石之一。

在这些模拟厂商对晶圆厂不断调整优化的过程中,150mm晶圆厂也逐渐退出了历史舞台。2019年,德州仪器便将其位于苏格兰格里诺克(Greenock)的晶圆制造厂和运营部门(GFAB)出售给了Diodes,GFAB工厂是TI在2011年收购美国国家半导体时合并而来,具有200mm和150mm晶圆产能。在今年2月公司的财报会议上,德州仪器还表示,将在未来几年内关闭其最后两个150mm晶圆厂。

无独有偶,作为同样在模拟领域有着高额利润的企业,ADI也在逐步抛弃150mm晶圆厂。

早在2009年左右,ADI就对其位于美国马萨诸塞州威明顿工厂以及爱尔兰利默瑞克的工厂进行了改造。据相关报道显示,其威明顿工厂主要制造射频、线性和其它模拟产品,并已计划生产ADI的MEMS产品。利默瑞克工厂则全部转换成ADI公司的高产能200mm晶圆代工厂。产能的扩张和业务效率的提高将进一步增强ADI 公司使用高性能模拟工艺技术进行制造的能力,其中包括专有的 MEMS、CMOS、BiCMOS、BiPolar 和 SiGe 工艺。

对于这些改造计划,ADI表示,这是 ADI 公司之前宣布的一项确保客户享有高性价比和灵活的全球制造基础设施的长期规划的一部分。

此外,据最新的报道显示,ADI还计划在2021年2月关闭位于加利福尼亚州米尔皮塔斯的150mm晶圆厂。

在细分领域市场,150mm晶圆厂也难以避免被淘汰的厄运。以汽车领域而闻名的安森美也在逐步摒弃150mm晶圆。从其这些年来的动作中看,2011年,安森美就宣布计划在2012年6月底前关闭公司日本会津(Aizu)的150mm晶圆制造厂。根据当时的新闻稿显示,这项关闭计划是公司整体推进运营效率的一部分,配合公司旨在将内部生产转向大型高产能晶圆厂并投资于更先进晶圆技术的发展策略。

另据SIA的数据显示,在2019年当中,安森美的位于美国的晶圆厂再次出现了变化,其中,安森美关闭了其位于纽约罗切斯特晶圆尺寸150毫米的工厂。

投资于更先进的晶圆技术已经成为了模拟行业当中的大势。在这股浪潮下,也有一些企业发生了比较大的变动。以NXP为例,早在2008年,NXP就发生了一场比较大的改革。在当年的重组计划当中,就包括缩小恩智浦制造基地、中心研发和一些支持功能部门。据当时的报道显示,此次计划坚定了NXP向更高级制造工艺的转移,传统技术的多余产能须被降低,从而共同确保更具竞争力的运营,同时维持在欧洲的强大制造能力。

恩智浦计划将其大部分制造整合到两家具备更高产能的欧洲晶圆工厂,奈梅亨(Nijmegen)和汉堡(Hamburg),以及位于新加坡的SSMC。因此,有四家工厂将被计划出售或关闭。位于美国纽约费西基尔(Fishkill)的晶圆厂最终将于2009年关闭。此外,其它两家工厂也将计划在2010年之前关闭:恩智浦荷兰奈梅亨工厂的“ICN5”部分,和德国汉堡工厂的“ICH”晶圆工厂部分。恩智浦位于法国卡昂(Caen)的晶圆厂将被出售。这一计划旨在将恩智浦其它晶圆厂的生产负荷提升至90%以上,同时在2010年底前预期节省3亿美元的运营成本。

200mm、300mm晶圆厂成为新宠儿

在150mm晶圆厂退出模拟市场的同时,200mm、300mm晶圆厂接过了新时代的接力棒,成为了众多模拟厂商的新宠儿。由此,也发生了多起并购。

从德州仪器方面来看,在2009年到2020年的时间里,德州仪器一直在向300mm晶圆制造发展。2009年,奇梦达发生的变故让TI有了更轻松的发展方式,当年,德州仪器从奇梦达手中收购了拥有一座300mm晶圆厂的子公司Richmond,用于生产模拟器件。

次年,为了进一步扩大产能,德州仪器收购了飞索半导体在日本会津若松的两座晶圆厂(据当时相关报道显示,这两座晶圆厂,一座可用于200mm生产,另外一座则可同时兼顾200mm和300mm的生产)。同年,德州仪器又收购了位于成都的成芯半导体的200mm制造厂。4年后,德州仪器在成都进行了300mm晶圆厂的布局——2014年,德州仪器宣布将在中国成都设立12英寸晶圆凸点加工厂,以扩展公司的制造能力。在成都新增的制造工艺将进一步提高德州仪器的300mm模拟晶圆制造产能。

2020年,德州仪器在其财报会议中称,公司将在德克萨斯州Richardson工厂建造下一个300mm晶圆厂。从计划中看,德州仪器将为这座新工厂投资31亿美元,其建设计划在2021年之前完成工厂的建造,并于2024年开始运营。TI表示,300mm晶圆厂的产量比竞争对手使用的200mm工艺生产的芯片便宜40%。此外,对于模拟用途,300mm晶圆厂的投资回报率可能更高,因为它可以使用20到30年。

除了德州仪器外,安森美对200mm、300mm晶圆厂的布局也很频繁。2006年,安森美完成了以1.05亿美元购买美国俄勒冈州Gresham200mm晶圆厂的交易 。当时,官方资料显示,购买Gresham晶圆厂明显地提升安森美半导体的制造生产能力。完成此交易后,安森美半导体已获得熟练的工艺开发工程师、运营专知及工艺开发技能,使公司能开发更多元化的大量低成本高性能达0.18微米水平的亚微米模拟和数字电源产品,以制造工具能力而言,未来最低可达0.13微米的水平。

2018年,安森美半导体公司与富士通半导体株式会社宣布,安森美半导体已经完成对富士通半导体制造株式会社(Aizu Fujitsu Semiconductor Manufacturing Limited)位于会津若松(Aizu-Wakamatsu)的富士通200mm晶圆厂的递增(incremental)20%股权之收购,使安森美半导体持有该合资公司的60%大多数股权。

2019年4月,GlobalFoundries(格芯)宣布与安森美半导体(ON Semiconductor)达成最终协议,将位于美国纽约州EastFishkill的Fab 10 300mm晶圆厂卖给后者,价格为4.3亿美元。对于这笔交易,安森美曾表示,此次收购将使得安森美获得300mm晶圆制造能力(此前只能制造200mm晶圆),同时获得格芯相关的工艺技术和授权协议,尤其是65nm、45nm CMOS,成为其未来发展的基石。

另外,根据SIA的数据来看,安森美在2019年还在爱达荷州首府博伊西安森美建造了两座200和300毫米的晶圆厂。

欧洲厂商的双轮驱动

在晶圆制造方面,从英飞凌的报告中看,公司仍将一方面以领先的技术内部制造前沿产品以达到 性能和成本方面的优势 ,另一方面则以外包非差异性产品来优化资本效率。同时与代工厂合作,以确保产能的扩张与灵活性。

从整体来看,英飞凌的布局为,欧洲地区的工厂将进行12寸功率半导体高自动化制造,而亚洲则以8寸产能扩张,充分受益于劳动力成本优势。

就其300mm晶圆厂来看,英飞凌于2011年收购奇梦达的300毫米存储晶圆制造厂进行改造,2013年改造成业界首个功率半导体的量产厂;最初的用途是生产家用电子设备上的功率半导体,现在开始为汽车电子应用制造功率半导体。

此外,2018年5月,英飞凌还宣布计划在奥地利菲拉赫新建一座300毫米薄晶圆的全自动芯片工厂,总投资约为16亿欧元,计划在六年内完成。建设工程计划于2019年上半年启动,预计将于2021年初开始投产。

根据工商时报此前的报道称,虽然英飞凌已宣布将再兴建1座生产功率半导体的12吋晶圆厂,但在未来5年,英飞凌仍将持续扩大委外,其整体前段晶圆制造委外比重将由目前的22%提升至30%。

作为欧洲半导体产业的另外一个明星,意法半导体也在晶圆厂的布局上进行了调整。之前,意法半导体在法国有一座名为Crolles的晶圆厂,有一条12寸(300mm)生产线,负责投产28纳米传统CMOS制程和28纳米FD-SOI制程技术,这是ST最先进的产线之一,也是欧洲最大的先进晶圆厂之一。

而面对越来越多的订单,意法半导体也开始考虑扩产。2018年,意法半导体在其法说会中表示其正在Agrate准备12寸试验线。公司表示,在转单效应下8寸晶圆产能供需不平衡的状态将得到缓解。

除此之外,意法半导体近些年来在第三代半导体器件上的投入也不小。除了今年宣布的,意法半导体将携手台积电发展氮化镓产品以外,意法半导体还通过收购的方式,来扩大其在第三代半导体器件领域中的实力。

2019年12月,意法半导体(ST)宣布完成对瑞典碳化硅(SiC)晶圆制造商Norstel AB( Norstel)的整体收购。据悉,Norstel将被完全整合到意法半导体的全球研发和制造业务中,继续发展150mm碳化硅裸片和外延片生产业务研发200mm晶圆以及更广泛的宽禁带材料。

从瑞萨看日本晶圆厂的发展

从此前很多报道显示,日本在过去的几十年中关闭了30多座晶圆厂。瑞萨作为日本半导体企业的代表之一,至今仍活跃在行业当中。但在成本等种种原因之下,瑞萨也开始逐渐转向轻晶圆模式,因此,其旗下的晶圆厂也经受了一系列的出售。

2004年,瑞萨电子关闭了在德国的一家老晶圆厂。同年,Mitsumi Electric Co. Ltd.从瑞萨的全资附属公司Renesas Northern Japan Semiconductor Inc.收购了一座150毫米晶圆厂。

2014年,瑞萨在将其300mm逻辑晶圆厂出售给了索尼,索尼重新利用该晶圆厂制造图像传感器。转让原因是瑞萨正在推进在日本国内的生产基地的重组。在前工序生产基地方面,瑞萨集团将继续维持并强化最具优势的闪存微控制器、低功耗等高品质技术,同时,以生产效率及性价比为基准,推进缩小或精简化生产。

2015年,罗姆已以4.5亿日元(约合370万美元)的价格从瑞萨收购了200mm晶圆厂。据当时的报道显示,未来该工厂将主要生产150nm IGBT、MOSFET及MEMS。

2018年瑞萨电子宣布,旗下100%持股子公司RSMC所属的山口工厂以及滋贺工厂部分产线(硅产线)将在今后2-3年内进行关闭。至此,从2011年3月至今,瑞萨在日本的22座生产据点将进一步缩减至8座。

但这似乎并不是结束。据IC Insights的报告显示,2018年,瑞萨还有两座150mm晶圆厂面临着关闭或改造,一家是位于日本高知县的工厂,该工厂主要生产模拟、逻辑器件,以及一些型号陈旧的微型元器件;另一家是位于日本滋贺县大津的工厂,瑞萨已将其调整为生产光电器件的工厂。

(全球前十大模拟厂商还有Skyworks以及Microchip,但由于这两家企业在晶圆厂方面的动作不多,因而,本文中没有单独罗列。)

结语

在全球前十大模拟厂商对其晶圆厂进行调整或规划的背后,有很大一部分原因是由于折旧后,新的晶圆厂会对其以后利润的提升有所帮助。在这个过程当中,150mm晶圆厂已经完成了他们的使命,300mm晶圆厂则成为了模拟厂商的新宠儿。但由于建造或收购新的晶圆厂仍存在很大的成本压力,因而,也有一些模拟厂商开始走向了轻晶圆模式。

此外,由于欧洲地区对于半导体产业的规划,欧洲模拟企业正在积极规划汽车、工业领域所需要的第三代半导体器件。由此,有着欧洲血统的半导体企业也在布局与第三代半导体器件相关的产线。另一方面,或许是由于近些年来的市场环境原因,我们也看到,欧洲半导体企业也开始有意识地在其本土建设晶圆产线。在这两种因素的影响下,或许欧洲第三代半导体产能将会占据更大的市场份额。

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